南京至高淳新通道石臼湖特大桥设计

汤远华

(苏交科集团股份有限公司 南京市 210000)

1 工程概况

南京至高淳新通道(简称：宁高新通道)路线北起于溧马高速将军路互通，南接淳芜高速高淳北互通，终于239省道，路线全长46.858km，双向四车道一级公路标准，设计速度100km/h。

整个项目分陆岸段、跨湖段设计，其中陆岸段又分为江宁段、溧水段及高淳段设计；跨湖段为明觉至团结圩段，主要为跨越石臼湖设置，石臼湖特大桥全长12.6172km，占整个工程比例约27%。

石臼湖大桥汽车荷载等级为公路-I级，桥梁全宽为42.8m，桥梁宽度2-12.75m，分左、右幅设计，中间净宽17.3m为宁高城际二期轨道桥建设空间。大桥在K31+513.681处跨越规划Ⅳ级秦淮河航道，与航道右交角为75°，通航净空为93× 7m，跨航道采用(75+130+75)m变截面连续梁桥,非通航孔均采用30m装配式预制预应力组合箱梁。

2 项目特点

项目地处水文地质条件复杂的石臼湖水域，石臼湖属浅碟型湖泊，湖底平坦，四周微微隆起，形似“平底锅”，湖水季节性差异大(7m)，且在大风季节风生浪高达2.7m，路线穿湖而过，石臼湖特大桥犹如长龙卧湖，复杂多变的自然地理环境给设计、施工均造成一定的困难。

项目设计中主要有以下特点及难点：

(1)穿大型水域通道方案研究；

(2)特大长桥总体设计方案比选；

(3)公路桥、轨道桥捆绑设计；

(4)跨敏感水域特大桥环保设计。

3 项目特点简述

3.1 穿大型水域通道方案研究

项目路线穿越石臼湖，石臼湖又名北湖，该湖纳皖南山区水阳江、青弋江和溧水县新桥河、天生桥河等来水，长江汛期时亦有江水倒灌，湖水经三叉河、姑溪河由当涂入长江。石臼湖现有面积约207.6km2。

穿湖方案对路基、桥梁、隧道及各种组合方案(桥+岛+桥、桥+隧+桥等)进行了多方位的研究，设计中主要对桥梁、隧道等方案进行了比较。

(1)隧道方案

该方案最显著的特点即对湖区自然生态影响小，但整个项目里程长、工程规模大、整体造价高，且湖区的地质条件复杂，施工难度大，施工风险大。

(2)“隧道+桥梁”方案

该方案将桥与隧道完美的结合，设计方案新颖,相较方案一造价略有降低，但需建造人工岛，同时桥梁与隧道衔接位置的设计复杂，施工工艺复杂，要求高。

(3)“桥+岛+桥”方案

该方案设计相对较新颖,具备一定的可操作性，相较方案一、二造价降低较多，施工相对容易控制，但仍需建造人工岛，对湖区的地质、土源的要求较高。

(4)全桥跨越方案

该方案操作性高,施工工艺成熟、可靠，但方案整体新颖度不够，景观效果一般。

从湖区的地形地质条件、工程的可实施性、可靠性、施工条件、工期、环境保护、水利防洪、造价等方面综合比选(见表1)，路线穿越石臼湖采用了方案四全桥跨越方案，一桥跨越石臼湖，桥梁设置里程达12.6172km，是目前国内最长的跨湖桥梁。

表1 方案综合比较表

3.2 特大长桥总体设计方案比选

(1)石臼湖水文条件复杂，总体方案结合施工条件进行设计

石臼湖水位具有洪水猛涨缓落、高水位持续时间长，水位季节变幅大的特点，年最大水位变幅7m左右，枯水期水深约0.5～1m。由于桥梁里程长，工程规模大，施工期往往横跨整个年份，枯水期、丰水期施工方案变化较大，对于上部结构施工，跨水域桥梁通常采用预制吊装方案施工，设计时对船舶浮吊、栈桥吊机架设、架桥机架设等多种施工方案进行综合比选，实施方案最终采用装配式组合箱梁，架桥机架设，同时施工沿线设置栈桥配合材料、机具运输，大大提高了施工的可靠性；对于下部结构墩柱、系梁、承台施工，设计时结合湖区水位特点，对筑岛围堰、钢板桩围堰、钢套箱等可能的施工方案进行比选分析，从施工便捷、经济、美观角度，确定合适、合理的下部结构高程。

(2)总体及路线设计需兼顾特大长桥美观、行车安全、排水、环境保护等设计特点

石臼湖湖面开阔，大风季节湖区易形成波浪，湖区内规划有秦淮河Ⅳ航道，纵断面设计在综合考虑湖堤标高、湖区水位、航道通行净空及浪高的基础上，纵断面线形要素尽量采用部颁规范所规定的一般值以上的竖曲线半径，同时注重平纵组合设计，力求线形指标均衡、连贯。

因路线纵面受控于秦淮河航道净空要求，为降低湖区桥梁高度兼顾高跨比的美观性，考虑桥面径流排水收集处理需要，湖区纵断面线形总体呈M型(见图1)，在两处最低的变坡点位置设置调蓄池对桥面径流雨水进行收集处理。

图1 路线纵断面

(3)桥梁结构设计

石臼湖特大桥与规划Ⅳ级秦淮河航道右交角75°,考虑湖区航道特点，大桥在航道处采用错孔布置，适应航道线形的同时对航行的船只以诱导作用，主桥主跨采用130m的变截面连续梁设计，引桥标准跨采用30m跨径装配式预制预应力组合箱梁。

设计时上部结构除了考虑常规恒载、汽车活载外，还考虑了集水管道、预留声屏障等环保设计荷载；下部结构墩柱、基础设计时除了考虑支座摩阻力、汽车制动力、温度力、风荷载等常规荷载外，根据《海港水文规范》规定，结合专项风生流研究(见图2)，计算风生浪对桥梁下部结构的不利作用；同时设计中结合特大桥长桥施工组织方案，对施工中可能出现的临时荷载加以验算，确保大桥结构安全。

图2 风生流研究专题

3.3 石臼湖特大桥与宁高城际二期轨道桥捆绑设计

石臼湖段宁高新通道与宁高城际二期轨道设计线平行布设(见图3)，设计中跨行业协调合作，设计标准、规范多样化，施工方案多样化，总体方案为公路桥设置于轨道桥两侧，公路桥(左、右幅)间距的设置，必须在满足轨道交通运营安全的基础上，考虑到施工期架桥机架设作业能力、作业空间，避免公路桥与轨道桥施工期相互影响。

考虑轨道运营安全，全线轨道桥纵面略高于公路桥50cm左右，为了提升公路运营的应急能力，公路桥设置两处中分带开口，公路桥与轨道桥在中分带开口处纵面保持一致，实现平交，运营期在重大事件应急处理时可“公、轨联动”，公路车辆可实现应急掉头。

图3 公轨捆绑设计

3.4 跨敏感水域特大桥环保设计

水是生命之源，石臼湖作为南京的备用水源地，对其水质环保部门提出了严格的要求，运营桥梁污水的来源主要为桥面径流排水，桥面径流主要污染物是悬浮物、石油类和有机物，污染物浓度受限于多种因素，车流量、车辆类型、降雨强度、灰尘沉降量、前期干燥时间都会影响污染物浓度，因此具有很大的不确定性；石臼湖特大桥单向坡长度超过2km，对于大、中型跨河桥梁，单侧收集范围一般小于200m，常见的PVC排水管可以满足径流中收集、排放的要求。对于收集范围数百米、甚至数公里的特大型桥梁，若全部收集，收集管径大、安装困难，难以实施。

设计中针对大桥桥面径流排水的种种特点、难点，对国内外特大型桥梁排水系统进行调研，引进新的桥面径流排水设计思路，即初期雨水中污染物质含量较高，通过收集式泄水管收集，汇至湖区两处调蓄池(见图4)；随降雨时间的延长，雨水中污染物含量下降，桥面硬路肩范围积水加深，部分雨水依然通过与桥面平齐的泄水孔排入收集管道，多余雨水则通过高出桥面3cm的泄水孔直接排到桥下。

图4 桥面排水方案(单位：cm)

4 结语

石臼湖特大桥做为国内最长的跨湖桥梁，其设计过程特殊、复杂，总体方案的选择、路线纵断面的控制、公轨捆绑设计的特点、环境保护的兼顾等等对

整个项目的顺利实施均起到至关重要的作用，通过对大桥设计过程中的特点、难点的总结，为今后同类型桥梁设计提供一定的参考。