2300米悬索桥的“硬核”设计方案——张皋过江通道主航道桥

　　张皋过江通道位于长江下游澄通河段如皋沙群段，在张家港、如皋、靖江境内跨越长江，距离江阴大桥约28公里、沪苏通大桥约16公里。

　　项目起自张家港疏港高速晨阳互通处，向北沿规划及现有的S259中分带布线，于张皋汽渡上游进入长江，跨越主江福姜沙水道、经靖江民主沙岛、跨越长江如皋中汊福北水道。全长约为29.849km。

　　全线采用高速公路标准，跨江段双向八车道、设计速度100km/h；南、北接线为双向六车道、设计速度120km/h。跨江段工程推荐采用桥梁过江方案，设置主跨2300m悬索桥跨越福姜沙水道、主跨1208m悬索桥跨越福北水道。

　　对于过江通道项目而言，往往是“桥位”决定“线位”，因此，结合宏观建设条件，根据对工程河段河道、港口、码头、锚地、生态及接线等建设条件的初步分析，拟定了A、B、C、D 共4条过江线。

　　A线（即张家港章卿路）布线，于张皋汽渡西侧进入长江，跨越主江后，经民主沙，跨越如皋中汊，于长青沙岛西侧登陆。

　　B线（即张家港规划快速路章卿路）布线，于张皋汽渡西侧进入长江，跨越主江后，经民主沙，跨越如皋中汊，于如皋华泰重工厂区登陆。

　　C线：路线南侧沿港城大道（城市主干路）布线，经海螺水泥西侧跨越长江，于长青沙岛熔盛重工西侧登陆。

　　D线：路线南侧沿杨锦公路(规划城市快速路)布线，经沙钢集团东侧跨越长江，于长青沙岛熔盛重工东侧登陆。

　　受生态红线、登陆点、城市规划、交通疏解条件、化工区安全、码头岸线等因素影响，此区段过江线位存在唯一性，因此，过江段推荐采用B线 线位方案示意图

　　①长江南岸大堤；②福姜沙水道（长江主航道）；③民主沙（马洲岛）；④福姜沙北水道（长江如皋中汊航道）；⑤长江北岸大堤。

　　考虑提升通行效率、合理分配管内空间利用，可采用中间管作为小客车专用通道，边管作为客货共行通道。断面经初步拟定，中间管管径13.5m，边管管径14.5m。

　　根据河势水文、通航、防洪等建设条件对桥梁、隧道两种过江方案进行了同深度比选。其中，桥梁方案采用主跨2300m南航道桥和主跨1208m北航道桥两座航道桥分别跨越长江主江和如皋中汊；隧道方案采用总长10.2km盾构隧道穿越长江。

　　综合分析，隧道方案主要存在以下风险：高水压超10km特长水下盾构隧道施工，不确定性因素较多，风险较大；民主沙岛通风井基坑深度达107m，紧邻长江，施工难度和风险高；民主沙南侧深弘最低冲刷点平面位置、深度具有不确定性，隧道埋深控制具有不确定风险。相比而言，桥梁方案在施工期和运营期总体风险均较小。

　　方案一：主跨1780m悬索桥方案。北主墩置于民主沙洲堤外侧，距深槽岸坡边缘一定距离，采用1780+610m的桥跨布置；1780m的主通航孔覆盖现状12.5m深槽范围，1780m +610m副通航孔可覆盖历年12.5m水深深槽摆动范围，缆跨布置为700+1780+660m。

　　方案一，虽可满足通航净空及覆盖现状12.5m深槽水域的基本要求，但航道可能摆动范围内设置了1座南主塔，对航道变化适应性差；受缆跨比限制，南锚碇置于水中，浅水区中引桥基础数量较多，对河势、防洪、通航均有较大的影响。

　　方案二，主跨一跨覆盖近年及历年12.5m深槽水域摆动范围，对通航适应性强。相较于方案一，随着主跨跨径增加450m，主缆南边跨增大，可将南锚碇设在陆地区，水中引桥基础数量有所减少，无水中锚碇等大型阻水构筑物，可满足河势、防洪的要求，并且降低了锚碇施工的难度和风险。但北塔处岸坡守护难度大，存在崩塌风险。

　　1.2300米级悬索桥建设经验及标准缺乏，设计进入无人区。主跨跨度达2300m，突破了现行规范适用范围，几何非线性、材料非线性、空间非线性影响下悬索桥的力学行为和结构性能的演化规律亟待深入研究探索；跨度突破后，车辆荷载标准、风荷载标准、刚度评定标准、主缆安全系数及锚碇稳定性安全系数取值标准，均需通过研究确定。

　　针对以上挑战，设计中确定了科技创新为引领，解决重大工程技术难题，推动行业技术进步和发展的总体理念。从超大跨悬索桥设计标准、结构静动力特性、新型结构体系、新材料及新型关键结构、桥梁工业化与智能化建造、桥梁建养一体化六个方面进行了系统的科学研究。创造性地提出了超大跨度悬索桥主缆自平衡结构体系、超大规模双回字复合地连墙锚碇基础、超高钢箱—钢管约束混凝土组合索塔、超大型自行走装配式索鞍、智能感知可更换锚固体系、全桥一体化智能防腐体系等创新设计，以期全面解决全寿命期建设、管养的重大技术难题。

　　南航道桥塔高达350m，南侧缆跨达到1220m，汽车活载、温度等荷载引起塔顶主缆不平衡水平力将控制索塔受力和基础规模，而桥位地处长江中下游软弱地基上,为有效减小塔底纵向弯矩,控制索塔及基础规模，需采取减小塔顶主缆不平衡水平力的技术措施。采用自行走滚轴式主索鞍结构，实现温度、汽车荷载等常遇荷载作用下,两侧主缆水平分力和索鞍滚动摩擦力三者自平衡，水平力即为滚动摩擦力。根据滚轴摩擦系数试验，摩擦系数可达万分之几的量级,水平力大幅度降低,从而达到优化结构内力的目的。

　　针对建设特点，提出了新型的钢箱-钢管约束混凝土索塔结构，其具有如下特点：

　　同时，研究提出了主缆外层设4根纵向通风管、中心设1根纵向通风管的新型主缆送风除湿系统，该系统能有更好解决主缆断面及沿程干空气分布均匀性问题，除湿系统更佳。