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南京大胜关长江大桥
2016-10-11 
   
   1.概况

   图1  桥位地理位置    

   南京大胜关长江大桥位于长江下游的南京大胜关河段,到长江入海口约350km,在既有南京长江大桥上游约20km,距已建成南京三桥上游1.55km(图1)。

   两岸防洪大堤之间宽约2.8km,桥址处常水位长江河道宽约1.6km。多年平均水位+3.65m,历年最高水位8.78m,历年最低水位-0.03m。洪水期主流表面最大流速为2.28m/s;中水期主流表面最大流速为2.75 m/s。

   武汉为典型季节性气候,历史最高气温43℃、最低气温14.2℃,多年平均气温15.4℃;台风影响集中在5~11月,江面最大风力达7~9级; 春季风和日丽,6月前后为梅雨季节;夏季天气炎热,雨水充沛集中,年最大降雨量达1266mm;秋季秋高气爽,昼夜温差较大;冬季天气晴朗,寒冷干燥。

   桥位区域地貌自北岸向长江水域依次为岗地、长江高漫滩,南岸地势开阔,地形平坦。桥位区域河段顺直,航槽、岸线稳定,水文地质条件好。设计最高通航水位为8.78m(黄海高程),设计最低通航水位为0.22m,桥梁通航净空高度不低于24m,通航净空宽度、单孔单向不小于280m,单孔双向不小于490m。主墩所在的大胜关水深流急,百年一遇洪水位为+8.65m,二十年一遇洪水位+7.99m。

   桥址区属下扬子地层区,宁镇—江浦地层小区。长江河道内覆盖层主要由粉、细、中、粗、砾砂及圆砾土层组成,厚度从38米至65米。岩面在-64.0~-57.0m间,基岩为全风化、强风化、弱风化泥岩,微风化岩面高程在-58.0~-64.0m之间。地震基本烈度为7度。

   南京大胜关长江大桥全长约9.27km,主桥六跨连续钢桁梁拱桥中,主跨2×336m连拱为世界同类桥梁最大跨度(图2)。桥上按六线布置:分别为京沪高速铁路双线、沪汉蓉铁路双线和南京地铁双线。其中高速铁路的设计行车速度300km/h,设计荷载为ZK活载;沪汉蓉铁路为I级干线,客货共线,客运列车设计行车速度200km/h,设计荷载为中-活载;南京地铁行车速度80km/h,设计荷载为B型车辆活载。  

   图2 南京大胜关长江大桥效果
 
   2 主桥结构

   主桥为六跨连续钢桁拱桥,跨度布置为108m+192m+336m+336m+192m+108m(图3)。拱矢高84m,矢跨比1/4,跨中拱顶处桁高12m,支点处桁高53m,边跨钢桁连续梁桁高16m,节间长12m。

   图3  桥型布置
 
   主桥为空间三桁结构,相邻两片主桁间距15m,桁宽30m,四线铁路合建于桁内,沪汉蓉和京沪客运专线分置于中桁上下游侧,南京地铁外挂于主桁悬臂上,桥面全宽41.6m(图4)。

   图4 横断面布置

   (1)主桁设计

   上弦杆采用箱形截面,内宽600~1400mm,内高800~1400mm,板最厚52mm。下弦杆采用箱形截面,内宽600~1400mm,内高1200~1416mm,板最厚52mm。拱肋采用箱形带肋截面,最大截面1400x1820mm,板最厚52mm。腹杆采用箱形和工形截面。

   (2)桥面设计

   铁路桥面采用与下弦连接的正交异性钢桥面板结构。节点处设置横梁,节间每隔3m设置一道横肋,轨道下设置纵梁。横梁高2m,横肋高1.2m,纵梁高500mm,桥面板厚16mm,板下设置U肋,间距600~700mm。

   (3)材料

   主桁一般杆件以及桥面系构件采用Q370qE材质的钢材。拱肋杆件超过40MN的受压杆件及节点板采用新研制的Q420qE高强钢材。联结系杆件及轻轨纵梁、托架选用Q345qD钢材。 

   (4)下部结构

   三个主墩基础采用46根φ2.8m的钻孔桩基础,圆端形高桩承台平面尺寸为34×76m,墩身为12×40m园端形空心墩,单箱双室截面,壁厚1.5~2.0m,在顺桥向中部设竖隔墙。边墩、辅助墩均采用φ2.5m钻孔桩基础,边墩采用双幅矩形空心框架墩身(图5、6)。

   图5  基础示意图

   图6 10#墩结构(cm)
 
   (5)施工

   1)基础施工`

   6#、7#、8#主墩基础均采用双壁钢围堰+锚碇无导向船定位的施工方案, 其中6#墩采用双壁钢套箱围堰施工,7#、8`#墩采用双壁钢吊箱围堰施工,6#、8#墩围堰分次接高,7#墩围堰整体一次接高。双壁钢围堰岸上制作,气囊法下水、浮运至墩位,利用锚碇系统实现初、精定位,插打16根定位钢护筒,围堰挂桩完成体系转换。先期进行钻孔桩施工,钻孔桩完成后,围堰接高并下放至设计标高二次挂桩,围堰内封底、抽水,进行承台、墩座施工。见图7、8、9。

   3#~5#、9#墩施工方案是先建立施工平台,进行钻孔桩施工,钻孔桩完成后,整体吊装双壁钢围堰,围堰内封底、抽水,进行承台、墩身施工。

   图7  基础围堰施工

   图8  8#钢筋笼下放

   图9  10#墩翻模施工
 
   2)钢梁架设

   主桥上部结构连续钢桁系杆拱,桁宽30.0m,采用三片桁架,变节间布置,除3个主墩墩顶采用4个15m节间,其余均为12m节间。

   主桁构件材质采用新Q420qE钢和Q370qE钢,桥面系采用Q370qE钢,联结系、轻轨采用Q345qD钢,辅助结构采用Q235B。主桁杆件共有1734根,主桁弦杆采用整体节点,最大杆件重约116t,全桥钢梁重82308t。

   由于桁拱相邻节间存在一定的夹角,主桁轴线为折线杆件。

   主桥钢梁架设采用从两侧往跨中架设、跨中合拢的总体方案。北侧从4#墩向6#墩,南侧从10#墩向8#墩方向架设;6#、7#、8#主墩墩顶4个节间在墩旁托架上架设,其余节间钢梁均为双悬臂架设;6#、8#墩各设吊索塔架一座,7#墩设三层平索辅助架梁。钢桁拱共设4个合拢口,南北两侧192m 边跨各一个,两孔336m主跨各一个; 192m边跨合拢口设在该跨的第8节间, 336m主跨合拢口均位于跨中。全桥钢梁合拢口均采用双悬臂合拢,合拢顺序是先两侧192m 边跨,之后再安装合拢两个336m 主跨(图10)。

   4#~0#墩两联2x84m钢梁在5#~6#墩192m边跨合龙后,架梁吊机调转回4#墩,从4#墩向0#墩方向全悬臂架设,直至完成两联2x84m钢梁架设。

   拱桁钢梁悬臂安装顺序先下弦系杆,后拱下弦、上弦,最后安装吊杆。

   平弦钢梁伸臂安装顺序先主桁杆件,待各片主桁的三角形闭合后再安装桥面。桥面板分块随下弦在本节间安装,先栓接,后焊接,焊接时先横缝,后纵缝。

   图10 钢梁架设合拢方案
 
   3.主要技术特点和创新点

   南京大胜关长江大桥是京沪铁路客运专线的控制性工程,具有“高速、大跨、重载”的工程技术特点,采用一系列新材料、新结构、新设备、新工艺等工程措施。

   (1)高速:本桥设计速度300km/h,在世界高速铁路桥梁中处于先进水平。由于采用了结构刚度较大的六跨连续钢桁梁拱桥,满足了高速列车运营的安全性与舒适性要求。

   (2)大跨:本桥主跨336m,在300km/h的设计时速条件下,为世界最大跨度的铁路桥梁。

   (3)重载:本桥承载两线高速铁路、两线Ⅰ级铁路、两线南京地铁共六线轨道交通荷载,为世界上设计荷载最高的高速铁路桥梁。

   (4)新材料:本桥采用了新研制的屈服强度达到570Mpa的新型钢材。新材料为超低炭贝氏体钢,含炭量低,与国内已采用的桥梁结构钢相比,具有强度高、冲击韧性好、可焊性及疲劳性能更好的特性。

   (5)新结构:采用三主桁结构,多线铁路位于同层桥面,解决了大跨度桥梁的横向刚度难题,同时又合理处理了宽桥面横向构件受力问题;采用了与主桁下弦相结合的正交异性钢桥面板结构,上铺道碴轨道结构,形成了抑振质量大、结构阻尼大、整体性好且较为平顺的轨道支承结构,高速列车性能优异。

   (6)新设备:本桥在设计中采用了伸缩量800mm的轨道伸缩调节器和梁端伸缩装置;17000t的大吨位球型支座;基础采用了防撞设施可以消弱船舶撞击能量能、又可保护桥梁基础和通航船舶航行安全。

   (7)新工艺:主桥深水基础采用了无导向船的双壁自浮式围堰平台施工方案,利用大型吊装设备实施重型构件安装,采用吊索塔架辅助钢桁拱合拢,整体桥面分块制造、工地栓焊。

   4.有关资料

   桥  名:南京大胜关长江大桥

   桥  型: 六跨连续钢桁拱桥

   跨  径: 主跨2×336m

   桥  址:江苏省南京市

   设计单位:中铁大桥勘测设计院有限公司

   施工单位:中铁大桥局集团有限公司 

   中铁山桥集团有限公司

   中铁宝桥股份有限公司

   中铁大桥局集团第七工程有限公司

   混凝土用量:1225000 m3

   主桥用钢量:78000t 

   造  价:46.4亿元 

   预计建成日期:2009年11月

   
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