跻身世界先进水平的上海跨海大桥建设技术

穆祥纯

（北京市市政工程设计研究总院有限公司，北京市 100082）

桥梁结构

跻身世界先进水平的上海跨海大桥建设技术

穆祥纯

（北京市市政工程设计研究总院有限公司，北京市 100082）

系统地介绍了我国最大的经济、金融中心，国际大都市——上海城市桥梁建设的发展沿革，重点介绍了东海大桥、上海长江大桥及宁波大榭二桥三座跨海大桥的技术创新，以及笔者的感悟和相关启示。

上海；跨海大桥；技术创新

1 概述

上海（Shanghai），简称“沪”或“申”，中国第一大城市，中华人民共和国直辖市之一，中国国家中心城市，中国的经济、金融中心，繁荣的国际大都市，拥有中国大陆首个自贸区——中国（上海）自由贸易试验区。上海市的面积为6 340.5 km2，截至2013年,人口为2 500万。上海是中国的经济、交通、科技、工业、金融、贸易、会展和航运中心，GDP总量居中国城市之首。上海港货物吞吐量和集装箱吞吐量均居世界第一，是一个良好的滨江滨海国际性港口。上海正致力于在2020年建成国际金融、航运和贸易中心。

上海地处长江入海口，东向东海，隔海与日本九州岛相望，南濒杭州湾，西与江苏、浙江两省相接，共同构成以上海为龙头的中国最大经济区“长三角经济圈”。上海拥有深厚的近代城市文化底蕴和众多历史古迹，江南的吴越传统文化与各地移民带入的多样文化相融合，形成了特有的海派文化。2010年成功举办了2010年世界博览会。

在我国城市桥梁建设史上，特别是大跨径城市桥梁建设上，上海占有举足轻重的地位。20世纪70年代，上海市政院在山东省设计了济南东天桥立交桥，其结构系当时国内第一座斜腿刚构的城市桥梁。 1982年上海建设了我国第一座斜拉桥——卯港桥，之后又在上海火车站附近建造了国内第一座城市斜拉桥——上海恒丰路桥。尔后，上海市政院在重庆嘉陵江上设计了石门大桥，系我国第一座独塔单索面斜拉桥。20世纪90年代之后，上海黄浦江上建造了一批世界级的城市桥梁，如南浦大桥、杨浦大桥、徐浦大桥和卢浦大桥（主跨为550 m的钢拱桥）等。近年来上海市政总院又设计了重庆鹅公岩长江大桥（主跨为L=600 m的悬索桥）、东海大桥（全长 31.6 km的跨海大桥）、上海长江大桥（全长16.63 km的跨海大桥）、宁波大榭第二跨海大桥（全长808 m跨海大桥）。

本文分别从上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司设计的具有世界先进水平的三座跨海大桥总体情况及技术创新情况，对上海跨海大桥建设水平进行较全面的介绍。

2 新世纪跻身世界先进水平的跨海大桥

跨海大桥指的是横跨海峡、海湾等海上的桥梁。这类桥梁的跨度一般都比较长，短则几千米，长则数十千米，所以对建桥技术的要求较高，因而是桥梁综合技术的体现。

2.1 东海大桥

东海大桥是中国大陆第一座跨越外海的大桥，连接上海本土与外岛的洋山港，桥长国内排名第三、世界排名第四的跨海大桥。东海大桥于2002年6月26日正式开工建设，2005年底通车。北起上海浦东新区的芦潮港，与沪芦高速公路相连，经过2.3 km的陆上段后向南跨越杭州湾北部海域，跨海25.5 km达浙江嵊泗县崎岖列岛之大乌龟岛，再经3.5 km到达小洋山港区，总长32.5 km。桥面宽31.5 m，双向6车道，限制车速80 km/h，预期寿命100 a。可抗12级台风和7级地震。大桥并设有4个通航孔，其中主通航孔净高40 m，净宽400 m，可供万吨级船舶通过。图1、图2为建成后的东海大桥。

图1 东海大桥一

图2 东海大桥二

东海大桥，是上海国际航运中心洋山深水港区一期工程的重要配套工程，为洋山深水港区集装箱陆路集疏运和供水、供电、通讯等需求提供服务。东海大桥位于杭州湾口无遮蔽海域，连接远离陆域逾三十多公里的外海孤岛，地处海洋环境，是我国目前最长、也是第一座真正意义上的跨海大桥[1]。大桥北端起始于上海南汇芦潮港，通过沪芦高速公路与市区沟通，南至浙江嵊泗崎岖列岛，通往上海洋山集装箱深水港区，是洋山集装箱深水枢纽港陆路集疏运的通道，并兼顾社会交通运输功能。

东海大桥按双向6车道加紧急停车带的高速公路标准设计，分上下行双幅桥面，桥面总宽31.5 m，设计车速80 km/h，设计荷载等级为汽车－超20级、挂车－120，并按集卡重车间距10 m密排布置进行校验，设计基准期为100 a。

大桥全长32.50 km，其中：大桥与沪芦高速连接的路桥连接段为1.45 km、陆上段为2.26 km、芦潮港新大堤至大乌龟岛之间的跨海段为25.32 km、大乌龟岛至小洋山岛之间的港桥连接段3.47 km。全桥设5 000 t级单孔双向主通航孔一处，通航净高40 m，主跨跨径420 m，桥墩按万吨级防撞能力设计；设1 000 t级双孔单向副通航孔一处，通航净高25 m，主跨跨径140 m；设500 t级双孔单向辅通航孔两处，通航净高17.5 m，主跨跨径分别为120 m和160 m。

按施工工艺特点大桥可分为8个部分，即路桥连接段、陆上段、浅海段、非通航孔基础段、非通航孔段、主通航孔、辅通航孔和港桥连接段，其中港桥连接段又分为开山路段、海堤段和颗珠山大桥三部分。

东海大桥是我国第一座外海跨海大桥，工程具有鲜明的特点，主要表现在：建设条件相当复杂，建设规模巨大，工艺内容繁多，防腐要求高，工程设备需求量大、投入大，工期压力大，管理跨度大、难度高等。

东海大桥自2002年4月开工，在上海市政府、市深水港工程建设指挥部的领导指挥下，经过三年半的紧张建设，于2005年12月与洋山深水港一期码头同期投入运行。

东海大桥的建成，为洋山深水港提供了唯一的陆上通道，体现了当代中国的桥梁建设水平，为我国外海大桥建设积累了经验，谱写了特大型跨海桥梁建设的新篇章[2]。

2.2 上海长江大桥

上海长江大桥南起崇明县长兴岛西南方上海长江隧道登陆处，沿地面横穿长兴岛，跨越长江口北港水域，北至崇明县陈家镇，全长16.63 km。该桥是世界上最大的公轨合建斜拉桥，其桥面预留了轨道空间，将来有条件开通城市轨道交通。

上海长江大桥跨江段10 km，为斜拉桥桥型，按双向6车道设计，时速可达100 km/h。主塔造型不同于杨浦大桥的倒Y型，不同于徐浦大桥的A字型，也不同于南浦大桥的H型，而是形如“人”字，平直的桥面从腰际穿过。

上海长江大桥主通航孔跨径达到730 m，超过了上海已建的任何一座大桥，比东海大桥主通航孔还长300 m，在国内仅次于苏通大桥和香港昂船洲大桥，在世界上位居第五。这一跨度能满足规模3万t的集装箱货轮及5万t的散装货轮的双向通航要求。2007年11月28日主塔顺利封顶，2009年10月31日18时正式通车。图3、图4为建成后的上海长江大桥。

图3 上海长江大桥一

图4 上海长江大桥二

上海长江大桥主通航孔以730 m的跨度摘取了世界级长大公轨合建桥之冠。上海长江大桥公路与城市轨道交通一体化跨江大桥的建设，面临诸如规范的空白、箱梁悬臂布置轨道线、桥梁规模与跨度等方面的难题。上海市政总院技术团队通过科技攻关，成功解决了预留轨道交通设计参数、预留位置、结构的适应性、车桥耦合振动的舒适性、安全性等关键技术问题，填补了多项技术空白，为中国大型公路与轨道交通一体化桥梁的建设积累了宝贵的经验[3]。

上海长江大桥被称为“万里长江第一桥”，同时也是一座世界级长大公轨合建桥。上海市政总院设计团队的设计师们在设计之初并没有刻意去追求世界纪录的突破，而是着力于追求桥梁内在品质的提升。

（1）“人”字形主塔体现力与美的完美结合

桥梁建设在实现它的交通功能的同时，也要考虑发挥它更多的美学价值。上海长江大桥位居长江入海口，堪称“万里长江第一桥”。如何使桥梁的景观成为上海的一个新地标，经过上海市政总院的桥梁设计师们的充分沟通，设计团队最后选择了212 m高的“人”字形桥塔。

工程人员介绍，这种“人”字形桥塔也体现了中国传统文化“天人合一”的理念。流畅的桥面从主塔腰际穿过，简洁流畅、受力合理的塔形则体现了力与美的完美结合。此外，上海长江大桥全线还有一个“S”形弯，这种桥梁的线形布置，既考虑了对水流的影响最小，又与整座桥梁功能要求的线形结合起来，使得它在造型优美的同时还满足了环保上的要求[4]。

（2）与上海长江隧道的工程创世界之最

上海长江隧桥工程总长度达25.5 km，由全球最大直径隧道和世界最大公路轨道合建斜拉桥组成，堪称目前世界规模最大的隧桥结合工程。

在上海长江隧道建设中，两台超大型盾构一次连续掘进7.5 km，不设中间检修井，施工中轴线偏差在正负75 mm标准以内[5]。

上海长江隧道盾构直径达15.43 m，是世界直径最大的盾构，其横断面面积近180 m2，建筑面积可相当于一般民用建筑的4室2厅。上海长江隧道最深处在水下55 m，江底隧道无渗漏，打破日本东京湾公路隧道埋深50 m的纪录。

（3）世界首例轨道交通与公路交通同平面“并驾齐驱”

上海长江大桥主通航孔为跨径730 m的分离式全漂浮体系斜拉桥，是世界上已建成的同类桥梁中最大的。国外不乏轨道交通同公路交通分层运行的例子，但上海长江大桥轨道交通与双向6车道的公路交通同平面“并驾齐驱”，这在世界上属于首例。

上海长江隧道上层为烟道层，用于紧急情况下排烟，中间为单向3车道高速公路车道层，下层是轨道交通空间、22万V电缆通道及人员疏散通道，是世界上隧道空间利用率较高的大型隧道。

2.3 宁波大榭第二跨海大桥

2012年由上海市政工程设计研究总院 (集团)有限公司设计的宁波大榭第二跨海大桥顺利建成通车。这座气势宏伟、造型新颖美观、寓意深远的单索面“帆”形塔斜拉桥，被成功打造成大榭岛地标性建筑，同时也代表了上海的跨海大桥设计水平。图5、图6为建成后的宁波大榭第二跨海大桥。

图5 宁波大榭二桥实景一

图6 宁波大榭二桥实景二

大榭二桥主桥结构为主跨392 m，5跨连续协作体系双塔单索面特大型跨海斜拉桥，全长808 m。桥塔采用“帆”形混合塔，造型新型独特，寓意“扬帆远航”，是国内首座锚索区上塔柱为钢结构、中塔及下塔柱为混凝土结构的大型混合塔斜拉桥，也是国内最大跨径的单排单索面桥梁。工程于2009年10月开工建设，期间经受住了“海葵”等强台风考验，于2012年11月顺利合龙，并于2013年9月27日进行了严格的成桥荷载试验，大桥建设过程零重大伤亡事故[6]。

大榭二桥工程结构构造复杂，设计难度极大，面临“帆”型混合塔、单索面、重载交通等技术难点。为此，项目组对斜拉桥的布跨方式、结构体系、“帆”形混合塔受力特性等进行积极探索和潜心研究，逐一攻克难题，取得了“帆”形混合塔、超大跨径单索面桥梁等十几项技术创新与突破[7]。其中，钢-混凝土结合部技术研究得到了由国内多位院士和设计大师组成的专家组的一致好评。大榭二桥于2009年11月30日打桩开建，总长5.5 km。它一头连接北仑集装箱货运第二通道，一头连接榭西榭北工业区。总投资近20亿元，是大榭史上投资规模最大、建设难度最高、工程周期最长的基础设施项目。

大榭二桥为双向4车道，远期可改建为双向6车道。目前大桥主线行车限速为60 km／h。通车后，市民可以走穿山疏港高速公路，到柴桥互通立交下高速并通过地方道路前往大榭二桥，也可以从北仑货运二通道(老329国道)前往。大榭二桥禁止各类非机动车辆和行人通行。

3 难点和创新

以上全面介绍了上海在跨海大桥的设计建造上最新的建设成果和技术水平，总结这几座跨海大桥的主要难点和创新，主要表现在以下5个方面：

第一，鉴于长江上游环境的变化以及长江综合开发利用，加之海洋环境气候的变化，工程建设过程中必须考虑这种不利的水文条件对河床的冲刷、对桥梁结构的冲击以及对工程施工带来的困难，同时还必须考虑桥梁建设完成后桥梁结构对长江口水文的影响。

第二，桥梁结构型式的多样化和施工方案的多样化给工程建设带来很大困难。为了满足轨道交通的运行要求，在工程建设上必须严格控制基础的沉降、梁部结构的变形等。

第三，70 m、105 m箱梁的整体制造在桥位以外90海里的浙江嵊泗县的沈家湾岛上进行，重达2 374 t的巨型梁的海上长距离运输、105 m钢-混凝土组合结构连续梁墩顶合拢技术、超宽分离式钢箱梁的制造、运输、吊装，以及1 400 t钢套箱长距离浮运整体吊装技术等均属首次应用，给工程建设带来风险。

第四，不仅在隧道和大桥独立设计施工上难点重重，由于许多施工工艺在国内外首次使用，有些技术甚至在世界上并无先例，上海长江隧桥总体的设计技术面临着多重难题。公轨同层共面，必须严格控制基础的沉降、梁部结构的变形、梁端的转角以及考虑无缝线路对基础产生的附加力等，现行的设计规范在这方面还是空白，给设计工作提出了更高的要求。同时，针对长江隧道“长、大、深”的工程特点，国内还没有专项质量检验评定标准。

第五，上海长江大桥主通航孔桥为主跨730 m分离式全漂浮体系斜拉桥主跨，目前是世界上同类已建成桥梁中最大的，无类似经验可供借鉴。

4 结 语

外白渡桥作为近代上海的标志之一，由于其丰富的历史和独特的设计，成为上海现代化和工业化的象征。上海卯港大桥和恒丰北路桥是上海市早期修建的斜拉结构的桥梁，无疑为我国20世纪90年代之后的城市桥梁建设积累了十分有益的经验。以南浦大桥、杨浦大桥和卢浦大桥为代表的现代城市大跨径桥梁的成功修建，既展现了上海桥梁设计和建设的巨大成就，也早已成为了上海市新的标志性建筑和城市新景观。东海大桥、上海长江大桥、宁波大榭二桥等跨海大桥的成功修建，使上海在推动我国从桥梁建造大国向世界桥梁强国的进程中迈出了坚实的一步。随着上海城市桥梁建设的不断发展，相信上海在城市桥梁的设计建造中将不断创造出新的奇迹。

[1]（英）马修·韦尔斯.世界著名桥梁设计[M].张慧,黎楠,译.北京:中国建筑工业出版社,2003.

[2]万明坤,程庆国,等.桥梁漫笔[M].北京:中国铁道出版社,1997.

[3]穆祥纯.基于创新理念的城市桥梁及市政建设[M].北京:人民交通出版社，2012.

[4]穆祥纯.基于经济、耐久和创新理念的城市桥梁[C]//二十一届全国桥梁学术会议论文集.大连:人民交通出版社,2014.

[5]穆祥纯.中外城市桥梁[M].北京:人民交通出版社，2015.

[6]穆祥纯.古今中外桥梁[M].北京:人民交通出版社，2016.

[7]穆祥纯.世界上奇妙的桥梁[M].北京:中国建筑工业出版社，2016.

U44

B

1009-7716（2017）03-0071-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.03.021

2016-11-20

穆祥纯（1955-）男，北京人，享受国务院特殊津贴专家，教授级高级工程师，原副总经理，长期从事桥梁设计、城市交通研究及技术管理工作。