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虎门大桥:飞架珠江口的悬索桥

来源:  发布时间:2019-07-26


  虎门大桥东起虎门威远、西接南沙,飞架在珠江口之上,是中国第一座大型悬索桥。它是广东省十大地标之一,是献礼香港回归的实际工程,线路全长约16公里,建成之际被称为“世界刚构第一桥”。
  
长虹卧波,提高运力
  虎门大桥工程体现了中国桥梁建设者“敢为天下先”“苦干巧干”的自强精神。大桥建设初期,一方面,因桥址位于中国鸦片战争古战场,清末时期英军曾在虎门威远炮台打开中国南大门入侵,所以中国方面坚持自主建桥、反对外方主导建设;另一方面,外方限制大跨度悬索桥关键技术,并断言中国工程师不可能在珠江口上建造大型桥梁。最终,中国建设者在5年时间里自行设计建造成第一座特大型大跨度钢箱梁悬索桥,而同时期国外同类桥梁的建设时间至少需要7年。
  1992年5月27日,虎门大桥开工奠基仪式举行,同年10月28日,正式动工建设。大桥于1997年6月正式通车,1999年4月通过竣工验收。全路段设有23座大小桥梁(包含3座特大桥)、3座隧道、2座大型互通立交桥和一个大型收费站,配有齐全的监控系统、照明系统、通信及供电系统。
  虎门大桥东起珠江东岸的虎门镇威远山,为解决运力不足的问题而修建,向西依次经过大石吓山谷、珠江干流上的虎门水道、上横档岛和蒲州水道,止于珠江西岸广州市南沙街道南北台。它是连接珠江东、西两岸,广东省东、西翼的重要交通枢纽,是贯穿深圳、珠海、香港、澳门的咽喉。它的建成可使东莞、深圳及粤东地区到珠海、中山江门粤西地区的交通无须绕道,行车里程缩短120多公里,对广东省的经济发展和珠江三角洲的腾飞有着十分重要的意义。
  设计师以“长虹卧波”“牵手两岸”的意象构思,让虎门大桥与威远炮台遥相呼应,成为一座具有旅游价值的、集多处桥隧为一体的群体工程。它的主桥长4.6公里,引道长11.16公里,桥面为双向六车道,每车道宽3.75米,设计车速为120公里/小时,桥面纵坡不超过3%,昼夜通车量为12万车次。
  
虎门大桥的“六大件”
  虎门大桥主桥是建筑工程的重点,有大量的技术难题需要解决。其中,悬索桥的东锚碇、东塔、西锚碇、西塔及主跨270米连续刚构桥的两个主墩“六大件”工程,是控制整个虎门大桥工程的关键。
  在建造时期,为了扎实地推进桥梁的建设,工程师们突破了一系列难点,创造出一项一项伟大成果:大吨位液压提升跨缆吊机的研制、两塔塔身翻转模板设计、特大型桥梁施工控制测量技术等。它们成功地应用到施工实践中,使工程在确保质量的前提下,造价明显降低,进度不断加快。
  建成的虎门大桥主桥由东西引桥、主航道桥、中引桥和辅航道桥共同组成。其中,东引桥有3跨、每跨70米;主航道桥单跨888米,为钢箱梁悬索桥,跨径居国内第二位;中引桥有14跨、每跨50米;辅航道桥两侧跨径均为150米,中间跨径270米;西引桥东段有16跨、每跨50米,西段有15跨、每跨30米。不同桥段的缆绳索股数、桥面沥青混凝土厚度、索塔塔桩大小等,都是经过设计者实地考察、多次分析论证后得到的,能够充分满足大桥的使用需求。
  在悬索桥上部工程设计当中,虎门大桥主缆采用预制平行索股制作和架设,每束索股由多个平行镀锌高强钢丝排列成正六边形组成。主缆与加劲梁之间采用平行竖直吊索相联系,每个吊点由4根钢丝绳组成。吊索与主缆之间的连接方式为背骑式,配以马鞍形索架。除了这些奇巧构造,为了使大桥减少铸件重量、增加耐腐蚀性,设计者在细节上可谓是精益求精,譬如,大桥采用的铸焊组合形式的索鞍就在重量上彰显了优势。悬索桥的下部工程也是“六大件”的重点。东西索塔由两侧塔柱及其之间的三道系梁组成,受不同地质条件影响,分别采用群桩基础和分离式扩大基础。东西锚碇则均为重力式,由散索鞍墩、后锚块、锚室组成。
  此外,作为引道部分的太平高架桥、大石吓高架桥、威远高架桥、深湾高架桥、东引桥、中引桥以及西引桥均为连续刚构梁式桥。它们也在整体工程中发挥着重要作用,一同助力了珠江口东西两岸的交通和经济发展。
  
大桥由科技锻造
  虎门大桥的建成,标志着当时中国国内规模最大的公路桥梁诞生,同时它也是中国首座加劲钢箱梁悬索结构桥梁。在20世纪90年代,它主跨长度居中国同类桥梁中的第一位,副跨长度居世界同类桥梁中的第一位。
  在媒体的评述中,虎门大桥是支撑珠三角经济快速发展、改写粤港澳三地“一水隔天涯”格局的存在。“它引领了中国桥梁建造史上的技术创新,拥有18项中国国内或国际先进水平工程技术和工艺,标志着20世纪中国桥梁建设的最高成就。虎门大桥的建设,为后来建造厦门海沧大桥、江苏江阴大桥、润扬大桥等大跨径悬索桥提供了许多技术经验。”
  在中国国内的大跨径现代悬索桥技术处于空白之际,建起这样一座大桥十分不易。没有现成的施工技术标准和设计规范,诸如悬索桥的设计、抗风稳定、大型铸件的制造、大型施工专用设备等问题都需要靠中国团队自己解决。虽然中国早期曾有大跨连续刚构桥的设计施工经验,但面对虎门大桥的更大跨径,还需解决设计中结构轻型化带来的多项关键技术。不仅如此,考虑到珠江狮子洋河道是中国华南地区最大的国际航道,虎门大桥建设期间和建成运营均要解决万吨级轮船的安全通航问题。而受地理、水质环境影响,大桥的防腐蚀、温度适应性要求也极高。
  千难万难,中国建筑工程师们都顶住了压力。他们在国内首次开发出一套完整的现代悬索桥结构分析程序,建立系统而完整的悬索桥上部构造施工监测与控制技术;在国内率先采用扁平钢箱梁节段间全焊接的结构形式,解决了在箱梁吊装情况下的焊缝间隙调整工艺和焊接技术;在国内首次成功设计、制作、架设了每股127丝的大型预制索股及大型铸焊组合型主、散索鞍;首次在中国桥梁基础中采用地下连续墙防水技术,解决了悬索桥西塔基础岩面严重不平的技术难题
  多项国内首创成为虎门大桥建造工程的骄傲,多个国家及省部级荣誉接踵而来。与虎门大桥工程相关的技术、理论和科技著作也为世界桥梁事业的发展注入一针强心剂。科
  
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