伶仃洋上不伶仃——深中通道伶仃洋大桥建设关键技术与创新

伶仃洋大桥全桥实景

深圳至中山跨江通道（以下简称深中通道）位于粤港澳大湾区核心地带，是珠江两岸“A”形骨架最重要一横，是国高网G2518跨珠江口的关键工程，也是“深莞惠”与“珠中江”之间唯一的直连通道。建成后将形成粤东与粤西地区之间最为便捷的东西向高速通道，有效缩短深圳、中山珠江东西两岸的交通距离，形成粤港澳大湾区的战略性通道。

深中通道地理位置

主跨1666米全离岸海中悬索桥

深中通道是“十三五”国家重大工程，是一个集“桥、岛、隧、水下互通”于一体的世界级跨海集群工程，采用东隧西桥方案，路线全长23.974km，海中隧道长6.845km，桥梁总长17.129km，设计速度100千米/小时。全线设3处互通（机场互通、万顷沙互通、横门互通）、1处综合稽查站、1处综合管理区、1处养护救援区，批复概算446.9亿元。其中，包括主跨1666m伶仃洋大桥——世界最大跨径全离岸海中悬索桥。

伶仃洋大桥景观效果

伶仃洋大桥为三跨吊全漂浮体系悬索桥，跨径组合为（580+1666+580）m，矢跨比为1/9.65，边中跨比为0.35。主塔处设置横向抗风支座、纵向限位阻尼，过渡墩处设置竖向支座、横向抗风支座；主梁为流线型扁平整体钢箱梁，梁宽49.7m，梁高4m；索塔为H形门式造型，塔高270m；锚体为切面外形，锚碇基础为8字形地下连续墙基础，直径2×65m；主缆首次采用直径6mm，2060MPa高强锌铝多元合金镀层钢丝，单股127丝，单缆199股，索夹内缆径1053mm，索夹外缆径1066mm。

伶仃洋大桥是一座跨越台风频发区的超大跨径悬索桥，其抗风设计面临着严峻的挑战。同时，该桥采用了海中巨型锚碇结构，其施工技术难度大，经验缺乏。此外，海洋环境对结构的耐久性影响也是一个突出的问题。因此，该桥的全离岸海中建造技术具有很高的创新性和复杂性。

建设理念

工程与自然和谐共生理念

工程设计秉承了与自然和谐共生的理念，力求在建筑与结构之间实现有机结合，打造出简洁、和谐、大气、识别性强的结构形象，并与周边环境相协调。项目中的塔柱、锚碇等结构物外形均采用了相同的建筑元素，展现出一致的风格和韵律感。项目的两座主桥也遵循了相同的建筑风格，形成了姊妹桥的格局。海中长桥通过采用平直的纵线形、整体式的墩身、统一的建筑元素，保持了韵律感一致。为了确定桥梁色彩，委托专业单位进行了专题比选，从多个方案中选出最佳方案。

海域变陆域建设理念

为了实现海上建造全长15.43km的桥梁，项目采用了全域海上栈桥和作业平台的施工模式，实现了“海上变陆域”施工，提高了施工的安全性和效率，增加了有效的作业时间，为工业化建造创造了有利条件。栈桥的设计参数为：宽度9m，荷载200t，20年一遇洪水水位。

高度集约化建设理念

深中通道桥梁工程总长17.13km，其中非通航孔桥11.4km，项目根据非通航孔桥的建设条件和构造物特点，提出了高度集约化的建设理念，实施了跨径模数化、设计标准化、制造工厂化、快速装配化安装的策略。在设计方面，采用了110m跨钢箱梁作为泄洪区非通航孔桥的结构形式，采用了60m跨混凝土箱梁作为浅滩区非通航孔桥的结构形式，采用了40m跨混凝土小箱梁作为陆域引桥的结构形式；在预制和架设方面，因地制宜提出了“一套装备、一个梁场”的方案，即利用一个智慧梁场完成全线混凝土箱梁的预制，利用一套大型运架梁一体装备完成全线箱梁的架设，避免了大型梁场和大型吊装设备的重复投入，节约了项目成本；箱梁集中预制、架设，实现了生产规模和架设装备效率的匹配，保证了工期、安全风险的可控性。

设计施工一体化建设理念

为了提高工程的可行性，降低工程的建设风险，采用了设计施工联合模式。针对全离岸海中特大跨径悬索桥，由于缺乏工程经验，结构设计工作只能完成约50%，施工详细图设计需要与承包人的施工组织、大型临建、施工装备、施工工艺密切配合，采用设计施工一体化方式进行。

关键技术与创新

海中三跨全漂浮结构体系及

关键装备

伶仃洋大桥采用三跨连续全漂浮体系悬索桥结构，其纵向刚度较低，导致梁端位移和日累积位移较大，伸缩缝尺寸较大，耐久性较差。在最不利工况下，梁端最大变形量可达3.15m，活载荷和脉动风荷载作用下日累积位移可达101m，这对伸缩装置的设计和耐久性提出了极高的要求。为此，研制了多功能静力限位-动力阻尼组合体系和纵向位移及梁端累积行程控制装置，有效地抑制了大跨径悬索桥在温度、车辆、地震等不同速率的荷载作用下的变形（最大变形量减少30%），提高了梁端伸缩装置的安全性、耐久性、经济性。

新型限位黏滞阻尼器

海中桥梁风致灾变

控制技术

伶仃洋大桥位于台风多发区、风速高、湍流度低的开阔海域，具有超大跨径、整体箱梁、结构柔性和阻尼性较差等结构特点，导致桥梁颤振临界风速高达83.7m/s，远超现有桥梁，现行海上台风荷载标准不适用，颤振稳定性、涡振和行车安全性等方面存在较大挑战。为此，项目开展了海域台风荷载标准研究，创新了“整体钢箱梁+水平导流板+上下稳定板+高透风率栏杆”的新型气动控制技术，将整体钢箱梁的颤振临界风速从70m/s提高到88m/s，有效地提升了强台风频发区桥梁的抗风安全性和行车舒适性。

全桥气弹性模型试验

海中超大型锚碇

建造技术

锚碇是悬索桥的重要结构部件之一，国内尚无海中建造巨型锚碇的经验，而海域环境、软弱覆盖层、基岩起伏大等因素，给海中锚碇建设带来了极大的困难，传统的沉箱基础、沉井基础和地连墙重力式基础均不适宜。因此，开展了超大跨径悬索桥水中锚碇设计关键技术研究，首次创新了“锁扣钢管桩+成品索围箍围堰筑岛”+”地连墙“基坑支护新型全离岸海中巨型锚碇集成建设技术，有效地克服了海中深厚软基地质锚碇建设的技术难点。该技术实现了基坑深度46m，锚碇基础围护结构的累计位移控制在9.6mm以内，远低于报警值25mm。

锚碇围堰筑岛

高强耐久锌铝多元合金

主缆钢丝及索股

大型悬索桥主缆在高温、高湿和高盐雾海洋环境下易发生腐蚀疲劳，项目进行了新型镀层主缆钢丝的腐蚀疲劳破坏机理研究，开发了锌铝多元合金镀层超高强度大直径主缆钢丝及索股，研究了自感知、自调节、自保护功能的主缆耐久性保障技术，生产了34000t超高强φ6mm-2060MPa主缆钢丝，具有良好的良品率和性能；采用多金属合金防护技术，提高了耐久性寿命50%；使用了四根智慧索股的自感知、自修复防护技术，保障了主缆的抗腐蚀能力，解决了海洋环境下大型悬索桥主缆的腐蚀疲劳问题，实现了主缆钢丝有效使用100年。

悬索桥主缆中四根智慧索股

正交异性钢桥面板抗疲劳

提升技术

钢箱梁正交异性桥面板疲劳开裂是一个世界性的难题，U肋与桥面板连接焊缝和U肋与横隔板连接焊缝的疲劳损伤率分别高达50%和36%。为了提高正交异性钢桥面板的疲劳耐久性，通过优化U肋桥面板全熔透焊接技术和工艺，采用横隔板与U肋双机器人热熔焊接，取消定位焊的板单元组焊接一体化技术，实现了全熔透、可检测，有效地消除了初始缺陷。切片试验显示：埋弧全熔透初始微裂纹尺寸从300µm显著降低到小于20µm；板单元足尺试验表明：U肋与顶板双面埋弧全熔透焊接接头的疲劳性能，比双面气体保护焊提高了至少40%，比单面焊75%熔透焊接接头提高了至少100%以上。

U肋埋弧全熔透焊接

双面机器人热熔焊接

大体积混凝土

控裂新技术

大体积混凝土结构在施工过程中容易出现有害裂缝，这是当今裂缝控制的难点。裂缝的产生与温度应力、变形荷载、结构设计、气温变化、施工工艺、原材料特性、后期养护措施等主要因素有关，在施工过程中温度引起的应力集中和变形荷载引起的裂缝占主导地位。为此，项目建立了基于“水化-温度-湿度-约束”多场耦合的开裂系数评估方法，量化了大体积混凝土收缩开裂风险的影响因素，并根据具体情况通过优化配合比、约束体系、掺加功能材料、内降温外保温等措施，全过程精确控制开裂风险。伶仃洋大桥桥塔未出现有害裂缝，相比类似工程裂缝减少了50%。

超高桥塔工业化

建造技术

项目研发了一体化智能筑塔机，实现了钢筋混凝土塔柱的垂直工厂化建造，具备布料、振捣、蒸汽养护功能，提高了质量和安全水平。与传统爬模工艺相比，一体化筑塔机只需设置4条爬升轨道，机位少，支撑低，承载强，安全性高；一体化筑塔机专设保温、保湿（热雾）智能养护层，改善了混凝土养生条件；一体化筑塔机集成自动化、机械化部件替代人工，提升了工效，减少了人员，钢筋高空作业人员只需8名，比传统工艺减少了60%-70%；一体化筑塔机采用工业化建造技术，单节塔柱施工速度最快可达1.2m/d；单节钢筋塔上作业时间缩短到1天，比传统工艺节省了2-3天的工期。

一体化智能筑塔机

长吊索震动及

短吊索防退扭

伶仃洋大桥的吊索根据功能分为普通吊索、加强吊索和限位拉索三种,长度范围在5～183.5米。针对典型的吊索振动工况,项目对六股索的加强吊索和四股索的普通吊索分别进行三维气弹模型风洞试验,比较了刚性分隔器、分隔器+TMD(调谐质量阻尼器)、分隔器+辅助索、分隔器+增加吊索阻尼四种减振方案的效果。在综合考虑桥梁总体景观的基础上,最终选择了分隔器+阻尼器(阻尼比不低于1.2%)的减振方案,这一方案有效地抑制了吊索的索股间尾流致振。

伶仃洋大桥53号至77号吊索(共100根)悬挂长度小于11米,在使用过程中吊索锚头部分可能发生旋转现象,从而影响吊索的索力和安全性。为此,工程在钢箱梁端吊耳部位设置了关节轴承,有效解决了短吊索的退扭问题。

分隔器+电涡流阻尼器抑振

三维旋转的关节轴承

海中主缆标记法

架设技术

垂度法调索是悬索桥索股架设和调整的常用方法，其优点是操作简便，缺点是受温度、风速等环境因素的影响大，需要在夜间或气候稳定时进行。伶仃洋大桥位于风场条件复杂的伶仃洋海面，且主缆最低点高超过100m，很难找到合适的风场和温度场窗口。标记法架设克服了传统垂度法的缺点，能够减少现场的调索、测量工作，提高索股架设效率，但前提是标记索股制造精度要达到1/50000以上。因此，项目通过采用以下措施，实现了标记法架设：在索股下料时精确计算施工偏差，采用基于分跨锚固的全标准丝索股制作技术（索股精度1/50000以上），按照索股制造长度分跨标记点与鞍座IP标记点对位架设，采用高精度基准索股在索鞍处分跨锚固，使用连通管测量上下游高差等措施，使得架设线形精度达到1/20000以上，满足规范要求。

吊焊结合主梁

架设技术

伶仃洋大桥的钢箱梁由213个梁段组成，吊装工作于2023年1月12日开始，计划于4月底前完成全部吊装。随后，将开始钢箱梁环缝焊接，预计将于7月15日完成所有焊接工作，但在此期间有可能出现台风。考虑到连接梁段之间的临时匹配件仅提供较弱的刚度，不利于抗台，项目为了在台风来临之前完成全部焊接工作，提出了在钢箱梁吊装过程中两两环焊的新技术。此技术是通过临时拉杆施加张力或撑力调整相邻两片梁的夹角，使其满足二期恒载加载前的线形，从而实现两片梁进行焊接的可能。在实施方案过程中，主要通过结合主动调缝、移走梁上荷载、纵坡差调整、环缝处打码、调缝避开吊梁加载期等工艺措施，实现了焊接工作的顺利开展。通过已完成的焊缝表明，在吊装过程中的环缝焊接也能达到很高精度。

伶仃洋大桥钢箱梁两两环焊

在各参建方的共同努力下，伶仃洋大桥于2023年4月28日实现主桥钢箱梁合龙，标志着深中通道这一超级工程完成了关键的施工工序，下一步将全面开展桥面铺装及附属结构施工，朝着既定的通车工期目标稳步迈进。

本文刊载 / 《桥梁》杂志

2023年 第4期 总第114期

作者 / 宋神友

作者单位 / 深中通道管理中心

编辑 / 陈晨

美编 / 赵雯

责编 / 李诗韵

审校 / 李天颖 裴小吟 廖玲

联系人：李天颖

联系邮箱：xmt@bridgecn.org

联系电话：13552183635

稿件投递

联系人：裴小吟

联系邮箱：xmt@bridgecn.org

联系电话：13264041120

联系人：黎伯阳

联系邮箱：xmt@bridgecn.org

联系电话：010-64282959-503

联系人：穆玉

联系邮箱：xmt@bridgecn.org

联系电话：18910480043

喜欢请转发吧！

原创稿件，转载请标明出处