矮寨特大懸索橋
矮寨特大懸索橋,位于
湖南湘西矮寨鎮(zhèn)境內(nèi)。矮寨懸索橋,距
吉首市區(qū)約20公里,跨越
矮寨鎮(zhèn)附近的山谷,
德夯河流經(jīng)谷底,橋面設計標高與地面高差達330米左右。橋型方案為鋼桁加勁梁單跨懸索橋,全長1073.65m,懸索橋的主跨為1176m。該橋跨越矮寨
大峽谷,主跨居世界第三、亞洲第一。工程計劃投入7.2億元,占
吉茶高速公路計劃總投資的15%。2012年3月底,創(chuàng)4項世界第一的湖南矮寨特大懸索橋正式通車。
目 錄
1
簡介2
技術(shù)標準3
四項世界第一4
世界第一4.1
軌索移梁4.2
塔梁分離5
技術(shù)難度5.1
巖錨吊索5.2
碳纖維預應力索6
工程進度6.1
啟動6.2
施工6.3
通車7
索橋意義8
大橋特色9
相關(guān)資訊1簡介
矮寨特大懸索橋位于
湖南湘西。矮寨懸
索橋橋距吉首市區(qū)約20公里,跨越
矮寨鎮(zhèn)附近的
山谷,
德夯河流經(jīng)谷底,橋面設計標高與地面高差達330米左右。橋型方案為鋼桁加勁梁單跨懸索橋,全
矮寨特大懸索橋
1073.65m,懸索橋的主跨為1176m。該橋跨越矮寨
大峽谷,據(jù)不完全統(tǒng)計,該橋主跨暫居中國第5(從大到小分別為西堠門橋、潤揚橋、江陰橋、青馬橋)。渝湘高速于2012年3月31日正式通車。
矮寨特大懸索橋:世界上跨峽谷跨徑最大的鋼桁梁懸索橋,毫米粗導繩將拉通萬噸鋼纜據(jù)。中國第3高橋(第一高為滬渝(滬蓉西)高速四渡河特大橋,高560米;第二高為滬瑞(鎮(zhèn)勝)高速壩陵河大橋,橋面設計標高與流水面高差370米)。
2技術(shù)標準
矮寨大橋為四車道高速公路
特大橋,設計車速80km/h,設計汽車荷載為公路-1級,橋面設計風速34.9m/s。地震動峰值加速度0.05g,
地震動反應譜特征周期為0.35s。
3四項世界第一
一是大橋主跨1176米,跨峽谷懸索橋創(chuàng)世界第一;
18矮寨大橋圖片二是首次采用塔、梁完全分離的結(jié)構(gòu)設計方案,創(chuàng)世界第一;
三是首次采用“軌索滑移法”架設鋼桁梁,創(chuàng)世界第一;
四是首次采用巖錨吊索結(jié)構(gòu),并用碳纖維作為預應力筋材,創(chuàng)世界第一。
4世界第一
軌索移梁
首次采用軌索移梁工藝進行主桁梁架設。軌索移
梁法即利用大橋永久吊索,在其下端安裝水平軌索,再將水平軌索張緊作為加勁梁的運梁軌道,實現(xiàn)由跨中往兩端節(jié)段拼裝大橋的鋼桁加勁梁。相對于橋面吊機拼裝方案,軌索移梁方案可大大減少鋼桁梁的高空拼裝作業(yè),既可節(jié)省工期和節(jié)約投資,又有利于保證施工安全及施工質(zhì)量。
矮寨大橋圖片
塔梁分離
首次采用塔梁完全分離結(jié)構(gòu)。一般懸索橋設計中,塔與梁相接,但矮寨大橋索塔位置距懸崖邊緣僅70-100米,下面即是數(shù)百米高的谷底,地形比較特殊。使用塔梁完全分離結(jié)構(gòu)可以最大限度減少對山體的開挖,縮短鋼桁梁長度,節(jié)省投資。
5技術(shù)難度
矮寨大峽谷是吉茶高速公路的必經(jīng)之地,懸索橋方案成為最佳選擇,矮寨特大懸索橋成為吉茶高速公路控制性工程。
矮寨特大懸索橋位于湖南湘西州吉首市矮寨鎮(zhèn),系在建的吉首至茶洞高速公路的控制性工程,距吉首市約20公里,橫跨德夯大峽谷,落差達400多米。
懸索橋,又名吊橋,即以通過索塔懸掛并錨固于兩岸的纜索作為上部結(jié)構(gòu)主要承重構(gòu)件的橋梁。矮寨特大懸索橋一開始就與五大世界級難題狹路相逢——
地形險要:橋面到峽谷底高差達355米,兩岸索塔位置距懸崖邊緣僅70至100米。
地質(zhì)復雜:索塔處存在巖堆、巖溶、裂隙和危巖體等不良地質(zhì)現(xiàn)象。僅在吉首岸索塔基坑附近就發(fā)現(xiàn)大小溶洞18個,其中最大的溶洞體積近萬立方米。
氣象多變:峽谷多霧,瞬間最大風速為31.9米每秒,嚴重影響施工測量和主纜架設。
吊裝難:主纜及鋼桁梁在300至400米高空架設,單件吊裝最大重量達120噸。
運輸難:土建工程運量大,僅鋼材、水泥、砂石等材料運輸總量就達18萬噸……
矮寨特大懸索橋由湖南交通規(guī)劃勘察設計院設計。設計方案中,橋的兩端直接與隧道相連,主線采用雙向4車道高速公路標準,梁寬27米,路基寬度24.5米,設計車速為每小時80公里。
矮寨特大懸索橋的施工單位,是曾被國家交通部授予“中國橋梁十大英雄團隊”的湖南省路橋集團公司(建設過很多大型橋梁,也建設過鳳凰橋等一系列的不良項目,被業(yè)內(nèi)戲稱為“跨橋公司”。
巖錨吊索
首次在懸索橋上使用大型巖錨吊索。由于使用了塔梁分離式懸索橋結(jié)構(gòu),使鋼桁梁長度小于主塔中心距,主纜存在無吊索區(qū),吊索
卸載應力為零的情況就會出現(xiàn),并且對大橋的鋼桁梁受力也有不利影響。因而,大橋采用巖錨吊索結(jié)構(gòu)。在吉首岸設置1對巖錨吊索,茶峒岸設置2對巖錨吊索。巖錨吊索作為調(diào)節(jié)器,讓主梁受力平衡。
碳纖維預應力索
首次采用碳纖維預應力索對巖錨底座進行錨固。將巖錨吊索所受的拉力傳至地面巖體上,常規(guī)巖錨索預應力筋材采用鋼絞線,矮寨大橋根據(jù)研究試驗后采用了高性能的碳纖維作為預應力筋材,與傳統(tǒng)鋼絞線相比,碳纖維材料具有重量輕、強度高、耐腐蝕的特點,為橋梁的安全提供充分的保障。
6工程進度
啟動
2007年10月,啟動建設,橋面路基寬度24.5米,主跨達1176米。它是吉(首)茶(峒)高速公路的關(guān)鍵性
懸索橋建設
工程,也是渝湘高速公路大動脈 。
施工
2010年3月28日 通過氦氣飛艇,成功將先導索從
茶峒段牽引至
德夯大峽谷對岸的吉首段,進入主索纜施工階段。
1.索橋調(diào)裝
飛艇把先導索從茶洞岸索塔牽引到吉首岸索塔
2010年3月28日上午9時許,矮寨特大懸索橋茶洞岸端的施工現(xiàn)場,飛艇起飛前,工作人員做著最后的準備工作。9時10分,飛艇牽引著矮寨特大懸索橋先導索開始起飛升空,飛向峽谷對岸,而現(xiàn)場技術(shù)人員通過手中遙控裝置準確地控制著飛艇飛行方向和高度。15分鐘后,飛艇成功將先導索牽引到了對岸的巨型橋塔?!斑@標志著矮寨特大懸索橋正式進入上部構(gòu)造施工階段”湖南路橋建設
集團矮寨特大懸索橋項目部總工程師
張念來說,先導索雖然直徑僅1毫米但承受的重量可達450公斤。據(jù)張念來介紹,“它是第一級繩的引導索。通過先導索再逐級把牽引繩放大,第二級繩直徑將放到6毫米,接著是依次是直徑為9毫、16毫米、22毫米的鋼絲繩,一級一級加大,這樣將橋主體結(jié)構(gòu)從橋的一岸牽引到另一岸。矮寨特大懸索橋的主纜直徑有85公分,分成169股,主纜預計在6月初施工,而橋面吊裝預計要到2011年年初。
2.飛艇牽引
飛艇把先導索從茶洞岸索塔牽引到吉首岸索塔飛艇牽引比直升飛機牽引節(jié)約48萬元
“用飛艇的方式是比較高效、經(jīng)濟、安全的牽引方法?!睆埬顏斫榻B,“因為所處位置是一個峽谷,風向多變,用直升飛機對起飛場地比較苛刻,而飛艇體積比較小,對場地要求不高,只要有一塊小空坪就行了,并飛艇牽引比較經(jīng)濟,直升飛機要60萬,飛艇只要12萬。飛艇引牽速度也比較快,15分鐘就行了?!?div style="height:15px;">
矮寨特大
懸索橋是吉茶高速公路項目關(guān)鍵控制性工程。吉首至茶洞高速公路是(渝湘高速)
重慶高速公路至湖南長沙境內(nèi)的一段,也是包頭—茂名
高速公路,簡稱包茂高速,
中國國家高速公路網(wǎng)編號為G65的控制性工程。
22矮寨特大懸索橋吉首至茶洞高速起于
吉首市,終于湘黔渝三?。ㄊ校┙唤缣幍?a target="_blank" >茶洞鎮(zhèn),路線全長64.3公里。作為該項目關(guān)鍵工程,矮寨特大懸索橋橋址距吉首市區(qū)約20公里,地處山區(qū),橋位處山高谷深,跨越德夯大峽谷。橋面設計標高與地面高差達335米左右,山谷兩側(cè)懸崖距離在900米到1300米之間變化,地形地質(zhì)條件復雜,施工難度大。
按照矮寨懸索橋設計方案,橋梁兩端直接與隧道相連,主線采用雙向4車道高速公路標準,設計車速為每小時80公里,路基寬度24.5米,懸索橋的主跨達1176米。
注解1: 包頭—茂名
高速公路,簡稱包茂高速,
中國國家高速公路網(wǎng)編號為G65,起點在
包頭,途經(jīng)
鄂爾多斯、
榆林、
延安、
富縣、
銅川、
西安、
安康、
達州、重慶、
南川、
黔江、
酉陽、秀山、
吉首、
懷化、
桂林、
鐘山、
梧州、
岑溪、
信宜、
高州,
建設中的矮寨大橋(遠景)
終點在
茂名,全長3130公里。
注解2:渝湘
高速公路起于重慶
巴南,經(jīng)南川、
彭水、黔江、
酉陽、
秀山等
區(qū)縣,最后到達湖南
長沙,全長848公里,總投資477億元,其中
重慶段413.6公里,總投資超過300億元。全線按四車道高速公路標準建設,設計時速80公里。渝湘高速路坐擁景色醉人的“
烏江畫廊”、“
酉陽桃花源”“郁江畫廊”,如一條銀灰色的紐帶,“串”起
石林、
金佛山、
仙女山、
芙蓉洞、
龔灘古鎮(zhèn)、洪安邊城、
鳳凰古城等,在湖南境內(nèi)接京珠高速,向南直抵
珠江三角洲。
飛艇成功跨越跨度1176米的德夯
大峽谷將矮寨特大懸索橋先導索從茶洞岸引牽到了吉 貓道飛架矮寨大峽谷,“天塹已然變通途”首岸,這標志著矮寨特大懸索橋正式進入上部構(gòu)造施工階段。
3.2010年7月中旬, 完成貓道架設和驗收;
4. 2010年10月20日,建設中的矮寨特大懸索橋的主纜完成了最后一根索股的架設,標志著大橋的索塔、主纜、鋼桁梁三大主體工程完成了兩項。矮寨特大懸索橋是
國家高速公路重點規(guī)劃的8條西部通道之一的長沙至
重慶通道,湖南段的吉(首)茶(峒)高速公路中的重點工程,在吉首市矮寨
架通后照片
鎮(zhèn)上空330米處橫跨德夯大峽谷。橋身全長約1073.65米,其中懸索橋的主跨1176米。矮寨懸索大橋項目啟動預算7.9億元,實際完工造價15億元。,預計2011年年底建成通車。
5. 2011年8月20上午,隨著最后一顆鉚釘裝嵌到位,被譽為“世界峽谷跨徑最大鋼桁梁
懸索橋”的湘西矮寨大橋的鋼桁梁正式合龍,標志著大橋的全部主體工程建設完工。
通車
2012年3月31日,創(chuàng)造了4個世界第一的矮寨大橋正式通車,意味著
長沙至
重慶高速公路的
2矮寨大橋架南北全線貫通,將改變湘西落后的交通狀況,加強與
渝、黔等西部各省市的聯(lián)系,使湘西能夠很好的融合在全省4小時
經(jīng)濟圈之內(nèi)。
2012年4月,第一個鋼桁梁架設完畢。9月底,完成橋面板的鋪設。
7索橋意義
大橋建成后,矮寨公路堵車的現(xiàn)狀將成為歷史,而長沙到重慶、成都之間,再也不需要經(jīng)歷這驚心動魄 矮寨特大懸索橋的“公路奇觀”了。不過,那時候,當汽車在世界第一峽谷鋼拉懸索橋
架通后照片
上行走時,那種感覺也足以讓人心顫的。作為吉茶高速公路關(guān)鍵控制性工程,該橋的歷史意義和現(xiàn)實意義也非常重大。吉茶高速公路是國家規(guī)劃的八條西部公路大通道之一 ――長沙至
重慶高速公路中的一段,是湘西北的重要出口。作為該線建設的重要組成部分,矮寨大橋的作用真可謂是“天塹變通途”。矮寨大橋的建設,將極大地改善目前湘渝兩省市的交通現(xiàn)狀,對兩省市乃至中西部的對接具有極其重要的意義。
8大橋特色
矮寨橋首次采用塔梁分離式懸索橋結(jié)構(gòu)體系
矮寨大橋索塔主跨1176m,加勁梁長1000.5m。吉首岸無索區(qū)長95m,主梁通過部分路基與隧道相連;
矮寨大橋結(jié)構(gòu)示意圖
茶洞岸無索區(qū)長109.5m,主梁直接與隧道連接。
結(jié)合兩岸地形及地質(zhì)條件,采用塔梁分離式懸索橋結(jié)構(gòu)體系減小了主梁長度,最大限度減少了對山體的開挖,節(jié)省了投資;實現(xiàn)了橋梁結(jié)構(gòu)與
自然景觀的完美融合。
由于選用了塔梁分離式懸索橋結(jié)構(gòu),
鋼桁梁長度小于主塔中心距,主纜存在無吊索區(qū),會出現(xiàn)吊索卸載應力為零的情況,且鋼桁梁轉(zhuǎn)角位移大,鋼桁梁的上、下弦應力超標,需對鋼桁梁作特殊設計。設計采用的是增加豎向錨固拉索方案,設豎向錨固拉索,通過預應力巖錨將其錨固于巖石上。
矮寨橋鋼桁加勁梁的設計
矮寨大橋的鋼桁加勁梁包括鋼桁架和橋面系。鋼桁架由主桁架、主橫桁架、上下平聯(lián)及抗風穩(wěn)定板組成。主桁架為帶豎腹桿的
華倫式結(jié)構(gòu),由上弦桿、下弦桿、豎腹桿和斜腹桿組成。上弦桿、下弦桿采用箱形截面,除支座處腹桿采用箱型斷面外其余均采用工字型截面。主桁桁高7.5m,桁寬27m,節(jié)間長度7.25m。一個標準節(jié)段長度14.5m,由2個節(jié)間組成,在每節(jié)間處設置一道主橫桁架。
主橫桁架采用單層桁架結(jié)構(gòu),由上、下橫梁及豎、直腹桿組成,其中上下橫梁采用箱形截面,腹桿均采用工字型截面。上、下平聯(lián)均采用K形體系、箱型截面。
加勁梁的架設采用軌索移梁法,利用大橋永久吊索在其下端安裝臨時吊鞍,然后在臨時吊鞍上安裝水平軌索,再將水平軌索張緊作為加勁梁的運梁軌道,實現(xiàn)由跨中往兩端拼裝大橋的鋼桁加勁梁。
矮寨橋索塔、隧道錨、公路隧道相互影響
矮寨橋索塔、隧道錨、公路隧道相互影響的處理。
矮寨大橋采用了橋隧相聯(lián)的形式,設計者通過巧妙設計,解決了一系列影響山體穩(wěn)定和橋梁結(jié)構(gòu)的問題。
施工階段,隧道入口仰(邊)坡開挖、隧道掘進、塔基開挖、隧道式錨碇開挖均會對山體穩(wěn)定造成一定影響;運營階段,索塔與錨碇的荷載、端吊索的荷載將共同作用于山體。
設計者運用了FLAC-3D巖土工程分析軟件建立巖體的本構(gòu)模型,對山體的整體穩(wěn)定性進行了分析計算。對山體進行了必要的加固防護措施,以確保山體的穩(wěn)定和橋梁結(jié)構(gòu)安全。
矮寨大橋抗風性能研究
矮寨大橋地處山地峽谷,抗風穩(wěn)定性研究成為大橋建設中的一大課題。
地形模型風洞試驗布置圖
根據(jù)風洞試驗結(jié)果,穩(wěn)定板的設置,對提高矮寨大橋的氣動穩(wěn)定性能起著至關(guān)重要的作用,在該措施下各攻角均滿足了顫振檢驗風速的要求。由于穩(wěn)定板的增加會加大結(jié)構(gòu)所受的靜氣動荷載,因此穩(wěn)定板的高度不宜過高。
最終確定,在橋面系以上和
橋面系以下分別布置上、下縱向抗風穩(wěn)定板。上抗風穩(wěn)定鋼板高860mm,與兩道內(nèi)側(cè)防撞欄結(jié)合,下抗風穩(wěn)定板與主橫桁架相連,由高1000mm、帶縱向加勁肋鋼板組成。
矮寨大橋位于湖南湘西自治州吉首地區(qū)矮寨鎮(zhèn),是吉茶高速公路上一座跨越深谷的特大懸索橋。由于橋址風環(huán)境復雜,橋型新穎。為確保大橋的抗風穩(wěn)定性和安全性,湖南大學風工程試驗中心圍繞該橋的抗風設計問題,做了系統(tǒng)的計算分析以及風洞試驗研究。首先進行了橋址風環(huán)境特性的研究,制作了直徑4m 的1:500的橋址地形模型,在 HD-2風洞低速試驗段測試了橋址處風速沿高度和橋跨兩個方向的分布規(guī)律。
依據(jù)研究成果,提出了矮寨橋抗風設計的主要技術(shù)參數(shù)??紤]峽谷地區(qū)施工條件,矮寨大橋采用了鋼桁加勁梁。由于原設計斷面顫振臨界風速遠不能滿足要求,通過節(jié)段模型風洞試驗對鋼桁加勁梁進行了氣動性能優(yōu)化措施研究。試驗了橋面板中央開槽、設中央豎直穩(wěn)定板等多種可能的氣動措施,最終確定了采用方便有效的封槽設置上、下中央穩(wěn)定板的措施。其中上穩(wěn)定板由橋面中央實體分隔帶產(chǎn)生,無需另行設置。
最后,設計制作了1:245的全橋氣彈模型,全面檢驗了矮寨大橋的抗風性能,完全滿足抗風設計要求。鑒于山區(qū)風環(huán)境極其復雜,在橋址處建立了一種遠程控制的新型的懸索吊掛式風環(huán)境觀測系統(tǒng),并已投入使用。長期觀測資料將充實和修正現(xiàn)有風環(huán)境研究結(jié)果。
(1)避開了不良地質(zhì)的影響。 矮寨懸索橋位置基巖裸露,巖石堅硬,產(chǎn)狀平緩,地質(zhì)穩(wěn)定,無活動斷層,有利于特大橋修建。如此同時,現(xiàn)場調(diào)查、遙感解譯和地質(zhì)勘探均標明,排碧特長隧道施工和運營期間極有可能引起隧道內(nèi)大規(guī)模高水頭涌水(或突泥)、隧道頂?shù)乇硭纯萁叩拳h(huán)境地質(zhì)災害,應盡可能繞避。懸索橋方案所經(jīng)地段,巖性變化較小,路塹邊坡穩(wěn)定性較好。特長隧道方案走向大致與一條NE向斷裂帶走向一致,邊坡穩(wěn)定性較差。
(2)改善了公路的安全性能。 由于特長隧道所處的特殊的水文、地質(zhì)條件、其施工安全、運營安全存在極大的隱患;相對而言,懸索橋方案對各種安全隱患的可預測性、易搶救性和可修復性均優(yōu)于特長隧道方案。隧道內(nèi)部不設置硬路肩,也無法設置爬坡車道,安全性能也打了折扣。
(3)減小了對自然環(huán)境的影響。排碧特長隧道將產(chǎn)生多達180萬m3 的廢方,沿線高山峽谷、棄渣困難,其需大量占用耕地,在峽谷中大量棄方還可能誘發(fā)新的地質(zhì)災害;而明線方案棄渣量小且廢渣場地可靠,對自然環(huán)境影響極小。特長隧道方案沿峒河展線,反復跨越峒河10余次,施工開挖的泥沙、運營期間的污水排放對峒河的水質(zhì)影響較大。同時汽車噪聲和廢氣對生活在峒河兩側(cè)山腳的居民帶來較大的影響。懸索橋方案走山脊線,路線附近人煙稀少,耕地占用量極小,對周邊少數(shù)民族居民影響不大;特長隧道產(chǎn)生的大量廢汽和噪音,對隧道內(nèi)的司乘人員不利。
(4)增強了公路的景觀。 特長隧道方案在一個狹長的峽谷內(nèi)反復穿越峒河和湘川公路,對峒河風光帶破壞較大;矮寨懸索橋與獨特的自然景觀相得益彰,為矮寨的旅游盤山公路增添了新的人文景觀;懸索橋方案從風景區(qū)旁通過,充分結(jié)合地形設置了多處觀景平臺,增加了公路景觀。
(5)提高了社會服務能力。特長隧道方案技術(shù)指標低,局部無法滿足80Km/h的設計速度要求,安全隱患多,服務水平低;而懸索橋方案平縱面指標均衡,與地形條件結(jié)合協(xié)調(diào),行車相對較舒適;懸索橋方案在排碧臺地增設矮寨互通,將有力帶動周邊鄉(xiāng)鎮(zhèn)的經(jīng)濟發(fā)展,方便臺地上的居民出行,同時有利于湘西旅游發(fā)展;而隧道方案從吉首西至排碧沒有設置互通的條件,服務沿線經(jīng)濟能力較差。湘西山多田少,特長隧道方案沿峒河展線,占用耕地多,居民拆遷量大,安置工作十分困難;懸索橋方案符合當?shù)卣块T的要求,切合地方群眾的利益。
(6)降低了全壽命周期成本。懸索橋方案較特長隧道方案每年可節(jié)約運營成本約1億元,同時每年節(jié)約管理養(yǎng)護費約5000萬元;特長隧道方案沿國道展線,施工工期對國道正常運行和地方群眾出行干擾大;懸索橋方案路線長度縮短約11km,節(jié)約了工程投資,提高了運行效益。更值一提的是,一橋飛架矮寨公路奇觀,顯示出磅礴的氣勢,并與獨特的自然景觀相輝映,為矮寨的旅游盤山公路增添新的人文景觀,進一部提升矮寨的旅游價值。
9相關(guān)資訊
2012年3月31日,創(chuàng)造了4個世界第一的湖南省湘西土家族苗族自治州矮寨特大懸索橋建成通車了。湖南矮寨特大橋31日通車,指揮長涉嫌違紀被調(diào)查。
重慶網(wǎng)友夜泊瓜洲登矮寨大橋有感題詩曰:
虎踞龍盤馬臥槽,長橋懸吊兩山高。
行人車輛云中過,鳥語濤聲風里號。
前路仍需雙腳走,夕陽不夠一肩挑。
笑吾空有安邦策,換作金錢值幾毛?
詞條圖冊
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橋梁工程湖南湘西 ,
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渝湘高速 ,
包茂高速重慶酉