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香港昂船洲大橋

2015-04-27　

 　　
 　　1 概況

 　　昂船洲大橋是香港八號干線重要的一環(huán)。建成后，八號干線將會成為一條東西行的主要干道，把新界東部與機場連接起來。車輛亦可取道這條新公路直接通往八號及九號貨柜碼頭。大橋橫跨藍巴勒海峽，東塔位于昂船洲八號貨柜碼頭的后勤用地，西塔位于青衣島的九號貨柜碼頭的后勤用地。大橋是第一座位于香港市區(qū)、以維多利亞港作為背景的大型橋梁。大橋總長1596m，主跨1018m，建成后，將成為全球最大跨度的斜拉橋之一(圖1、圖2、圖3)。
 　　大橋采用六車道高速公路標準，設計速度100km/h；橋梁寬度53.3m；車輛荷載﹕HA + 45單位HB (根據英國運輸部標準BD37/01)；設計風速﹕橋位區(qū)80m高處120年一遇平均最大風速52m/s；船舶撞擊荷載﹕150000t級的貨柜船以6海浬/s的速度撞向海堤所產生的撞擊力;地震基本烈度﹕修訂麥加利烈度表7級;通航凈空﹕凈高73.5m，凈寬900m。

 　　2. 主橋結構

 　　大橋為斜拉橋，主跨1018m，兩對稱邊跨組合為79.5m+70m+70m+69.25m(圖4)。采用流線形分離式雙箱梁。主跨伸延至邊跨49.75m長的部分為鋼箱梁結構，邊跨的其余部份為預應力混凝土箱梁。斜拉索兩面為扇形排列，緊系于橋面外緣，主跨部分間距18m，邊跨部分間距10m。橋塔為圓錐形獨柱式, 高度達298m，塔頂部以下118m為鋼與混凝土的組合結構，其余部份為混凝土結構。
 　?。?）橋塔基礎

 　　大橋橋塔基礎建于八號貨柜碼頭及九號貨柜的海堤10m范圍內，基礎分別采用27根及29根直徑2.8m直達巖層的鉆孔樁，鉆孔樁平均長度60m至110m。承臺橫橋向長47.4m，順橋向寬36.4m，厚8m，共澆灌混凝土12000m3(圖5)。在海堤旁邊建造如此大規(guī)模的承臺的關鍵在于抽水設備以及混凝土澆灌時的溫度控制。承建商在50m×39m×10m深的板樁圍堰內安裝了二十個200mm直徑的抽水泵抽出地下水。在多個重要的位置安裝了一
 　　套24小時操作的自動水位監(jiān)測系統(tǒng)，確保橋塔附近的建筑物沒有因基礎的施工過程而出現(xiàn)過量的沉降。通過一系列的措施，如采用了含有60%?；郀t礦碴粉(GGBS)的混凝土，在混凝土中加進冰塊以及限制每一次澆灌混凝土的厚度為1m等，混凝土澆灌時的最高溫度控制在80°C以下，混凝土內的最大差溫則維持在小于30°C以下。由于含有粒化高爐礦碴粉的混凝土之初期強度比較低，為避免混凝土表面出現(xiàn)收縮裂縫，在承臺的每一層混凝土內都會額外增加鋼筋。

 　?。?）橋塔

 　　大橋采用兩座298m高的圓錐形橋塔。橋塔由地面至175米為混凝土結構，而由175m至293m的部分則為鋼與混凝土的組合結構，鋼外殼以不銹鋼制造。頂部5m屬玻璃覆蓋的鋼結構，具備建筑照明設施和提供地方存放維修設備。橋塔底面尺寸18m×24m的橢圓，該截面形狀逐漸縮小至大橋主梁所在的高度變?yōu)橹睆?4m的圓形截面(圖6)，并保持圓形繼續(xù)向上變小，至塔頂處的最小直徑為7m。昂船洲大橋的概念設計來源于一項橋梁設計比賽的冠軍作品。橋塔較低部分屬鋼筋混凝土結構，上半部分為圓形鋼結構。在詳細設計優(yōu)化過程中保留這些特點是非常重要的。然而，風洞測試卻顯示較輕的鋼結構橋塔容易受到渦激掁動的影響，亦會引致大振幅拉索線性共振的風險。為改善橋塔的氣動性能并保持大橋的外觀，我們將橋塔的上半部的設計優(yōu)化，改為鋼外殼和混凝土內壁的組合結構。組合方法是利用剪力釘把外層的鋼結構和混凝土壁連接起來(圖7)。在詳細設計階段，我們決定采用不銹鋼外殼代替普通的含碳鋼，以進一步改善橋塔設計，加強金屬飾面的耐用程度，避免定期重新為鋼結構表層涂裝。這項建議可大幅減低橋塔的維修需求(圖8)。建造不銹鋼外殼時會采用栓接預制組件的方法，避免在工地的高空焊接。此法可改善構筑物這個重要部分的可建性和保持預制不銹鋼組件飾面的良好素質。橋塔的塔柱以爬模建成，并裝上液壓千斤頂，作升起模板之用。塔柱上半部的不銹鋼外殼將由塔式起重機吊到指定位置，作為上層橋塔表面及建造橋塔的永久模板。

 　?。?）主梁

 　　主梁為總寬度53.3m的雙箱梁結構，每條縱向主梁截面寬19.5m，中間開槽14.3m。兩個箱梁由魚腹形橫梁連在一起，在主跨部分的間距18m，在邊跨部分的間距15m。每一側主梁的橋面為三線行車，包括11m寬的行車道和3.3m寬的路肩?？傆娩摿?3500t。箱梁面板厚1440mm，底板厚1036mm，橫梁板最大厚度為50mm(圖9、圖10)。主梁采用S420M 及S420ML級鋼材。該鋼材含合金量低，可焊性比較高，對于大橋采用厚鋼板的焊接是十分重要的。
 　　箱內空氣濕度應予控制，不宜低于相對濕度60%的環(huán)境。可有效預防鋼箱內腐蝕，從而減低在外層使用精密防蝕措施的需要。降低濕度系統(tǒng)的操作費用預計遠遠低于重新為箱內涂裝的費用。干燥空氣在橋身的流動方向（圖11），一般抽濕機的安排（圖12）。
 　　(4) 斜拉索

 　　大橋每一個橋塔分別有56對平行鋼絲拉索錨固在橋主梁的外邊。每根拉索間距在主跨18m，在邊跨10m。大橋采用的拉索為預制平行鋼絲索，采用外包高密度的緊合聚乙烯材料，以防止腐蝕。斜拉索最長540m，每根索中最多達451絲直徑7mm的高強鋼絲，鋼絲的抗拉強度為1770 MPa。拉索的直徑取決于鋼絲的數目，由接近橋塔的113mm(163根鋼絲)至邊跨末端的192mm(499根鋼絲)不等。全橋共有拉索224根。為避免駕駛人士感到不適和配合拉索的疲勞設計，我們?yōu)槔髡駝又朴嗱炇諟蕜t。準則規(guī)定在150m高度于每十分鐘平均風速低于21m／s時，在十分鐘時間內的拉索振動的最大橫向振幅須不超過1/1700乘以拉索長度。我們已在設計階段進行風洞測試，以確定有關準則可符合適當的減振措施。承建商亦進行風洞測試，以顯示他們有意提供的拉索，在附加合適的減振措施后，包括在拉索護層加上凹紋及安裝阻尼器后，可符合此項準則。

 　　(5) 主梁架設和施工控制

 　　橋身的鋼箱梁組件，在東莞拼裝后以駁船送到工地架設。鋼箱梁預制組件運抵工地后，組件將會從自動推進駁船運送到橋面的位置。另外在每次吊鋼箱梁時，規(guī)定承建商只能占用不大于200m×200m 的施工區(qū)域，而且每次吊梁的工序亦需要在8小時之內完成。要滿足這項嚴格的限制，承建商必須采用安裝動態(tài)定位系統(tǒng)的自動推進駁船。因為這種駁船不需要以打錨的方式穩(wěn)定船身，所以可大大縮小施工區(qū)域的面積。同時在工程進行時特定的施工區(qū)域將由四艘看守船包圍，使海上交通更為安全 (圖13)。
 　　3.主要技術特點和創(chuàng)新點

 　　(1)大橋跨越八號和九號貨柜碼頭，其主跨超過一千米，比起現(xiàn)時世界最大跨度的日本多多羅大橋還要長一百多米，是斜拉橋建造技術的一大突破。

 　　(2)為了讓昂船洲大橋成為與別不同的世界級大跨度橋梁，香港特別行政區(qū)路政署首次舉辨一項國際性橋梁設計比賽為大橋選出一個橋梁方案。該項比賽吸引了世界各地知名的橋梁專家提供出色的概念設計，同時亦提升了香港國際大都會的地位。一般公眾對大橋的興趣也增加了不少。

 　　(3)大橋的外形非常優(yōu)美，如何能確保設計特色得以耐久而不需花很昂貴的養(yǎng)護費是設計的重要考慮。大橋橋塔的下半部，在混凝土的最外一層的豎向鋼筋和箍筋采用了不銹鋼材料。根據理論模擬方法預測，可提供超過120年的設計使用壽命。在橋塔鋼筋的外圍使用不銹鋼鋼筋，橋塔的造價預計會增加15%，但有關費用將會因節(jié)省日后的維修費用而得以抵銷。此外，采用不銹鋼鋼筋，亦能減低因腐蝕的普通鋼筋而引起的額外社會代價，包括對交通造成的滋擾、收益和生產力下降等。

 　　(4)大橋橋塔的上半部分為圓形的鋼結構。這項設計為這座于二十一世紀興建的大橋增添現(xiàn)代感。為改善橋塔的氣動性能并同時保持大橋的外觀，我們將橋塔的上半部改為鋼外殼和混凝土內壁的組合結構。此外，為了加強金屬飾面的耐用程度，我們采用不銹鋼外殼代替普通的含碳鋼。這項設計可大幅減低橋塔的維修需求。

 　　(5)大橋為漂浮體系。橋塔和主梁之間由兩個垂直支座承托，容許主梁扭轉，在橫向不容許有位移，在縱向（沿橋身）加裝液壓緩沖器，此裝置將緩慢荷載（如溫度變化）所產生的位移緩緩地傳送，但在急促荷載（如地震）的作用下，緩沖器將立即鎖定，把所有荷載傳至橋塔。

 　　(6)大橋將會安裝一套風力及橋梁結構健康監(jiān)測系統(tǒng)，以監(jiān)控大橋對不同荷載情況，包括風荷載、溫度荷載和公路荷載的反應。這套系統(tǒng)包括一套感應器和用作輸入訊息的對應連接組件。這些信息來自各種監(jiān)控設備，例如風速及風向儀、溫度感應器、內置動力感應器、腐蝕感應器、濕度計、氣壓表、降雨測量器、應變儀、排水傳感器、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)及加速儀。這套系統(tǒng)在確保橋梁完整性、盡量降低維修費用和維持橋梁的使用壽命方面非常重要。此外，這套系統(tǒng)亦可檢定設計／分析的假設和為操作人員提供重要參數，以便籌劃其巡查和維修時間表／策略，從而確保大橋能安全和可靠地運作。

 　　(7)大橋在維修設備和通道方面的考慮及提供也非常完善。大橋橋塔會安裝一部升降機，以便沿橋塔提供通道通往七層，包括地面、橋面、隔梁及一些指定的拉索錨固箱及錨固平臺的頂部。此外，大橋亦會有25個通往其它錨固箱地點的中間站的限制通道。如須在此中間層的其中一層進行維修工作，有關人員仍可經由一個限制使用的升降機站直接把重型設備運往平臺。大橋南面主梁的通道口會裝設一道在軌道上滑行的自動維修穿梭車，以便運送設備和物料。這穿梭車沿大橋滑動，其大小尺寸亦可穿過鋼箱梁和混凝土穿梭車內的隔梁的設計通道孔。該穿梭車可容納兩名操作人員和150kg重的設備。為改善自南至北主梁之間的通道，大橋會在每隔五條橫梁的地方設置跨橋通道。

 　　(8) 大橋的橋塔上半部分及位于橋面下方的橫梁上將設置裝飾照明系統(tǒng)，以強化大橋的的宏偉設計并使大橋在夜間更富吸引力。

 　　4.有關資料

 　　橋名﹕香港昂船洲大橋

 　　橋形﹕獨柱雙塔索面流線形分離雙箱梁斜拉橋

 　　跨徑﹕1018m

 　　橋址﹕香港

 　　建設單位﹕香港特別行政區(qū)路政署

 　　設計單位﹕奧雅納工程顧問

 　　施工單位﹕前田－日立－橫河－新昌聯(lián)營公司、中鐵山橋股份有限公司、

 　　江蘇法爾勝新日制鐵纜索有限公司

 　　混凝土用量﹕140,000m3

 　　鋼材用量﹕33500t(結構鋼材); 1600t(不銹鋼材)

 　　造  價﹕27. 6億港元
 　　

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