1．概況
武漢天興洲公鐵兩用長江大橋位于武漢長江二橋下游9.5公里的天興洲江段。它是武漢鐵路樞紐內(nèi)的第二條過江通道，同時也是武漢市中環(huán)線的過江通道。正橋于2004年9月28日正式開工建設(shè)，是客運專線建設(shè)正式啟動最早的工程。橋址處長江被天興洲分隔成南北兩汊?？玳L江南汊主航道主橋為雙塔三索面鋼桁梁斜拉橋，橋面按上、下兩層布置，上層為公路橋面，下層為鐵路橋面(圖1)?？玳L江北汊副航道為預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)梁橋，公路橋與鐵路橋平行分建，鐵路在下游，公路在上游。跨天興洲區(qū)段為從雙層橋到平行橋的過渡區(qū)段。大橋全長4657.1m。
圖1 南汊主橋效果
南汊主河道寬約1.4公里，北汊副河道寬約l公里，主河道水深15～31m，橋址百年一遇洪峰流量為南汊55000 m3/s，北汊22100 m3/s；最大沖刷深度29.91m；覆蓋層25～32m，基巖以礫巖為主；水流平均速度為2.13m/s；設(shè)計船舶碰撞速度為3m/s；橋渡區(qū)為典型季節(jié)性氣候，七、八月份最高溫度達42℃，一月份最低為－15℃，年平均氣溫為+16℃，年平均降雨量1214～1448mm,年最大降雨量達1266mm,有霜凍和降雪發(fā)生,最大風(fēng)速V10＝29.9m/s。
天興洲公鐵兩用長江大橋，公路部分按城市快速路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，設(shè)計速度80km/h；雙向六車道，橋面寬27m；設(shè)計荷載：公路--Ⅰ級；設(shè)計風(fēng)速：按百年一遇控制設(shè)計，V10=29.9m/s 。鐵路部分，線路等級：客運專線，Ⅰ級；正線數(shù)目：四線，客運專線和Ⅰ級干線均分別為雙線；正線間距：客運專線5m，Ⅰ級線4.2m，客運專線與Ⅰ級線間距8.6m；牽引定數(shù)：貨車5000t，客車700～1100t；旅客列車設(shè)計行車速度：200km/h以上，按250km/h作動力仿真設(shè)計；設(shè)計荷載:客運專線采用“ZK活載”，Ⅰ級鐵路采用“中－活載”。地震基本烈度6度。主航道通航凈空尺度：航道等級I(1),凈寬不小于455m；凈高：最高通航水位以上不小于24m；北汊通航孔凈空高度：設(shè)計最高通航水位以上不小于10m，考慮洪水期可通航小型船舶，統(tǒng)一設(shè)置兩個凈寬不小于60m的通航孔。
2 主橋結(jié)構(gòu)
(1)南汊主橋為雙塔三索面三片主桁雙層橋面鋼桁梁斜拉橋，孔跨布置為98m+196m+504m+196m+98m=1092m (圖2)，采用半飄浮體系，兩邊跨各設(shè)一輔助墩。邊墩、輔助墩以及主塔墩上均設(shè)有豎向支座和約束梁體橫向位移的支座或構(gòu)造，主塔-鋼桁梁之間設(shè)約束梁體縱向位移的STU及MR阻尼裝置。公路橋面：兩端168m為預(yù)制混凝土板，其余為鋼正交異性板橋面。鐵路橋面：混凝土槽板道碴橋面。
圖2 主橋橋型布置圖
?。?）主塔墩基礎(chǔ)
主塔墩基礎(chǔ)均采用φ3.4m大直徑鉆孔灌注樁。2號墩為柱樁基礎(chǔ)，采用32根φ3.4m鉆孔樁，行列式布置，墩位處地質(zhì)條件復(fù)雜，群樁為高低樁，樁長53～57m。3號墩為摩察基礎(chǔ)，采用40根φ3.4m鉆孔樁，行列式布置，樁長84m。承臺均采用雙壁鋼吊箱圍堰施工(圖3)
圖3 3＃墩主塔基礎(chǔ)樁位平面布置圖
?。?）索塔
1）主塔結(jié)構(gòu)設(shè)計為倒‘Y’型鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，由下、中、上塔柱及下橫梁四部分組成（圖4）。塔高（從塔座頂面算起）為190m、主塔順橋向?qū)挾葹?m～18m?；炷敛牧喜捎肅50級，每塔混凝土數(shù)量22127 m3。普通鋼筋材質(zhì)為HRB335，每塔普通鋼筋數(shù)量4100t。預(yù)應(yīng)力筋采用19-φ15.2鋼絞線及24-φ7鋼絲束兩種類型。其中公路橋面以上高135m，與主跨度之比為0.27，為正常比例。
2）下塔柱高29.29m，橫橋向?qū)?.2m～10.75m、順橋向?qū)?6m～18m，采用單箱雙室截面，壁厚為1.5m，在根部及與下橫梁交界部一定范圍內(nèi)壁厚逐漸加厚。
圖4 索塔結(jié)構(gòu)圖
3）中塔柱高85m，橫橋向等寬7m、順橋向?qū)?m～16m，采用單箱單室截面，壁厚為1.3m，在頂部及與下橫梁交界部一定范圍內(nèi)壁厚逐漸加厚。中塔柱在橋面處設(shè)有1.8m*1.0m進人孔，電力管線從該處通過。
4）上塔柱高75.71m，橫橋向等寬12.2m、順橋向等寬9m，采用單箱三室截面，壁厚四個側(cè)墻為0.8m、兩個錨固墻為1.5m，在根部及與中塔柱交界部一定范圍內(nèi)壁厚逐漸加厚。上塔柱內(nèi)設(shè)有斜拉索錨塊。塔塔頂部設(shè)有0.8m厚的蓋板，蓋板上設(shè)有進人孔。
5）下橫梁高8m，橫橋向長58m，順橋向?qū)?4m，采用單箱雙室截面，頂、底板厚度為0.8m，腹板厚度為1m～1.6m，在支點位置設(shè)有2m厚的橫隔墻。頂面布置有支座墊石及阻尼裝置的固定墊塊，頂面留有4個進人孔，下橫梁內(nèi)部設(shè)有通道與中塔柱相通。
6）塔的斜拉索錨固區(qū)采用預(yù)應(yīng)力錨固形式，預(yù)應(yīng)力體系采用24φ7mm高強度低松弛鋼絲束鐓頭錨。
（4）主梁
1）主梁采用五跨連續(xù)鋼桁梁，三片主桁，“N”形桁架，斜拉橋三個索面分別錨于三片主桁的上弦，三片主桁之間間距15m，總桁寬30m，桁高15.2m，節(jié)間長度14m，上層公路面為正交異性板和混凝土橋面板，下層鐵路面為縱橫梁體系(圖5)。鋼材采用國產(chǎn)橋梁專用低合金鋼Q370q-E。
圖5 鋼桁梁標(biāo)準(zhǔn)橫斷面
2）斜拉橋主桁桿件在安裝及運營狀態(tài)下，大部分桿件均處于受壓狀態(tài)，主桁弦桿最大桿力約56MN。綜合各種因素，主桁弦桿均采用箱形截面，寬度為1000mm，梁端126m范圍上弦桿高度1000mm，其余區(qū)段高度1300mm，下弦桿高度1450mm，組成箱形桿件的四塊板中部各設(shè)一根縱向加勁肋。主桁部分斜桿采用箱形截面，其余斜桿、豎桿采用H形截面。腹桿與節(jié)點的連接采用插入形式。主桁節(jié)點采用焊接整體節(jié)點，節(jié)點外拼接。鋼桁梁工地連接采用φ30、φ24高強度螺栓，材質(zhì)要求35VB。
3）斜拉索錨固于主桁上弦節(jié)點。錨箱是傳遞強大索力的關(guān)鍵部位。錨箱結(jié)構(gòu)見圖6。
圖6 斜拉索錨箱構(gòu)造
?。?）斜拉索
每塔兩側(cè)各有3*16根斜拉索，共192根。斜拉索為鍍鋅平行鋼絲組成，雙層PE防腐護套，冷鑄錨。斜拉索截面最大為451絲(Φ7mm)，最大設(shè)計索力12170kN，單根最大索長272m，重40t。全橋共用高強鍍鋅鋼絲4200t。鋼桁梁上索距14m，相鄰索面中心距15m。斜拉索下端錨固于主桁上弦節(jié)點錨箱內(nèi)，上端錨固于上塔柱。 斜拉索上、下端均可作為張拉端。
拉索PE護套上采用螺旋線，連同塔上設(shè)高分子粘滯阻尼橡膠圈和梁上設(shè)液壓阻尼器，可有效地抑制拉索風(fēng)雨振。
?。?）主梁架設(shè)和施工控制
鋼梁架設(shè)采用整節(jié)段+散拼的方式，以整節(jié)段架設(shè)為主(7)，一個節(jié)間最大吊重為700噸。在采用整節(jié)段架設(shè)比較困難的墩頂，則采用散拼的方式。2#、3#主墩設(shè)支架，采用浮吊散拼架設(shè)墩頂 四個節(jié)間鋼梁（圖8）。
圖7 三片主桁整節(jié)段吊裝
圖8 墩頂四節(jié)間散拼
用浮吊拼裝700t架設(shè)節(jié)段鋼梁用的架梁吊機，南岸灘地?zé)o水部分在支架上拼裝鋼梁，水中部分架梁吊機對稱懸臂架設(shè)鋼桁梁節(jié)段（圖9）。
主桁節(jié)段在工廠拼裝焊接成型，并設(shè)置合適的臨時桿件以方便運輸和吊裝。700t架梁吊機橫向設(shè)可獨立調(diào)整和控制的三個吊點，方便三個主桁的對位安裝 。
合龍3#、4#墩之間的鋼梁。為實現(xiàn)合龍桿件按工廠制造長度無應(yīng)力安裝，支架上鋼梁需要頂升和縱橫移。鋼梁跨中合龍，完成全橋鋼梁架設(shè)（圖10）
圖9 架梁吊機對稱懸臂架設(shè)鋼桁梁節(jié)段
圖10 三片主桁整節(jié)段吊裝跨中合龍
3主要技術(shù)特點和創(chuàng)新點
（1）設(shè)計技術(shù)
1）世界上最大跨度的鐵路及公鐵兩用斜拉橋。已建成公鐵兩用斜拉橋最大跨度：國內(nèi)為蕪湖長江大橋，主跨312m；國外為丹麥到瑞典之間的厄勒海峽大橋，主跨490 m。天興洲公鐵兩用長江大橋主跨為504m。
2）世界上載荷最大的公鐵兩用斜拉橋。本橋荷載標(biāo)準(zhǔn)為六車道公路、四線鐵路（兩線客運線、兩線Ⅰ級干線）。
3）斜拉橋首次采用三片桁架主梁、三索面的新結(jié)構(gòu)。
4）首次在鋼桁梁橋中采用鋼正交異性板與混凝土橋面板的新結(jié)構(gòu)。
5）深水基礎(chǔ)首次采用φ3.4m的大直徑鉆孔灌注樁。
6）橋梁縱向約束采用大噸位阻尼裝置，有效改善了斜拉橋體系的受力。
?。?) 施工技術(shù)
1）主塔墩基礎(chǔ)施工中，采用巨型雙壁鋼吊箱圍堰成套技術(shù)在復(fù)雜施工條件下整體浮運，精確定位。該技術(shù)中“鋼吊箱整體浮運錨墩預(yù)施拉力定位、兼作鉆孔平臺方法”、“橋梁深水基礎(chǔ)鋼吊箱、鋼套箱浮運重型錨墩定位施工方法”等兩項研究成果分別獲得國家發(fā)明專利授權(quán)。
2）研制了扭矩為30t.m動力頭鉆機，成功完成3.4m鉆孔樁施工。
3）鋼梁安裝采用了整節(jié)段架設(shè)技術(shù)，并研制成功700t步履式專用架梁吊機。節(jié)段工廠預(yù)拼、現(xiàn)場整體安裝工藝，對提高工效、確保工程質(zhì)量，具有重要意義。
4．有關(guān)資料
橋 名：武漢天興洲公鐵兩用長江大橋
橋 型：五跨雙塔三索面三片主桁雙層橋面鋼桁梁斜拉橋
跨 徑：主跨504m
橋 址：湖北省武漢市
設(shè)計單位：中鐵大橋勘測設(shè)計院有限公司
施工單位：中鐵大橋局集團
中鐵十二局集團有限公司。
混凝土用量： 880000 m3
鋼材用量：121500t，其中 Q370q-E 45800t
造 價：34.24億元
建成日期：2008年9月
