01台湾海峡大桥-林元培

1.0
图4 箱室净空
箱体结构构造与箱内外各类设施、设 备布置协调。
2.2 通风与空调
2.2.1 功能 保证车辆在箱体内，空气及温度状况 满足规定标准的范围； 车辆堵塞时，应保证有效的通风功能； 火灾事故发生时，应具备防灾排烟、 通风功能，及保有安全可靠的救生通道。
2.2 通风与空调
2.2.2 配置方案 通风系统与空调系统宜优先采用通风系统（含活塞 风）； 利用车辆产生的活塞风及内外气压差，达到自然通 风效果。当活塞风不能满足要求时，应设置机械通风系 统； 本工程线路特长，为取得活塞风及机械通风、空调 系统的功能有效、合理发挥，在箱体顶部划分若干区域， 并设置相应数量的风亭（进、排风）、空调设施，在一 般情况下，可采用自然通风方式。 箱内的通风与空调系统，按远期车辆最大通过流量 设计，但设备应按近期和远期分期方案实施。
图－1 立面
四、索塔基础抗震构造
索塔深水基础规模大，钻孔嵌岩桩基 础与沉井比较，是较易实施的基础形式， 对抗震能力而言，大直径钻孔嵌岩桩较小 直径桩更有效，根据目前技术设备能力采 用桩径φ5.0m。在强烈地震时基础桩似是 较易破坏的结构部位。
对此，在承台和塔座之间设置具有一 定摩擦力的隔离层构造（图－6）。当地 震发生时地震力超过了预设的摩擦力，则 整个塔座下隔离层被剪断，并塔座开始滑 动（预留最大滑移量5m），最后滑移量 ﹥5m时则撞在承台上的限位墙上，由此 释放了地震作用的能量。若地震力超过预 设的摩擦力，基桩、承台及塔座结构似是 安全的。同时，5m以下的位移对3500m 跨径的钢主梁、主缆、索塔等组成的柔性 结构是不会发生破坏，是可以接受的。地 震过程结束后，如有必要可沿塔座设置千 斤顶退回原处。
1.2桥梁布置规划
桥梁构造在水深40m一下，可采用梁桥、刚 构、拱桥、斜拉桥等形式； 水深在40m以上可采用悬索桥，其跨度不超 过3500m。 前者几类桥型在国内有成熟经验，后者有先 行的墨西拿海峡3300m经验可参考，本文着重 对悬索桥设计施工必须研究解决的问题，提出 相应的构思及对策。
1.3主梁抗风变位控制
七、结语
海峡两岸之间通道将来肯定不止一条， 隧道和桥梁都可因地制宜进行比较。 本文提出10车道100km长的桥梁方案， 2小时即可到达彼岸的交通捷径工程，在 技术上虽有困难，但并不是太困难的方案， 以供参考。
台湾海峡大桥
－全天候通道方案
1 概论
《台湾海峡桥梁方案》提出了北线平潭－新竹桥位 方 案 ， 桥 位 水 深 不 超 过 80m 的 浅 海 区 域 ， 布 置 多 跨 3500m悬索桥方案（图-1、图-2、图-3），桥长约100 余km。从安全、使用、便于实施等要求出发，对主梁 在风力作用下变位的控制、索塔基础抗震、索塔深水基 础设计与施工、主缆防腐与换索等，设计、施工必须研 究解决的问题，提出了相应的构思及对策，基本上获得 本工程在技术难题上可以克服的方案。本文在此基础上 提出过桥交通在浓雾、强风等恶劣气候条件下，能安全、 畅通的全天候通道方案：将车道从开口桥面移至箱梁内， 可不受浓雾、强风的影响。
台湾海峡台风频繁，悬索桥不仅要考 虑结构抗风稳定性，更要考虑如何保证桥 上车辆行车速度。 例如在塔珂玛风毁的摄影纪录中可看 到风毁时桥面倾斜可达到近40°，即使此 时结构不毁，但桥面40°的倾斜，能保证 每小时60km车速？所以采用什么构造措 施，是我们重点研究的问题。
1.4基础抗地震构造
近年来已有实施直径φ5.0m～φ6.0m 桩的技术设备能力，为大型深水基础形式 提供了更多选择。当受地震冲击力时，虽 大直径桩比直径较小的桩有更强的耐受力， 但仍是易受破坏的部位。如何保护基桩不 受破坏，是个重要问题。
台湾海峡大桥
－全天候通道方案
上海市政工程设计研究总院
林元培
窦文俊
序
为全面叙述大桥方案，先介绍 “台湾海峡桥梁方案”。
台湾海峡桥梁方案
一．概论
1.1桥位方案
从大陆到台湾大致有三条线路： 北线 平谭——新竹 中线 莆田——台中 南线 厦门——高雄 北线跨海线路为100km左右，水深50～60m，但不 超过80m，为浅海地区，为跨越海峡的桥梁工程提供了 实施可能。据一些资料初步反映，北线区域埋藏的花岗 岩、页岩等岩层较为完整，地震发生的可能性较少。 中线、南线的基本勘察资料目前了解很少，对其工 程实施的可行性尚难进行判断，因此暂以北线平潭—— 新竹跨越海峡方案进行研究。
三．主梁抗风变位控制
跨径3500m悬索桥采用多跨简支方案， 针对主梁抗风变位控制以满足安全顺畅的 行车要求，在桥跨构造总体布置图中采用 的结构构造措施主要有：
3.1钢主缆及斜吊杆
在桥轴线上方设置上下间距20m的两根钢主 缆，吊索的纵向间距为21m。因此，每隔21m 在横桥向钢主梁的两边吊索分别交汇在二根主 缆上（图－4），只要吊索变形很小，桥面的倾 斜转角也很小，这对整个结构抗风及行车的平 稳性起很大的作用。如与墨西拿比较（图－5）， 主梁二边吊索垂直平行地分别悬挂在二根主缆 上，而这二根主缆可各自独立运动并有较大的 位移。因此可认为图－4的构造布置对钢主梁及 桥面的倾斜转角控制将更有效。
1.2 风
箱体内行驶的车辆不受强风的直接影 响，桥跨结构良好的抗风性能是抗风安全 的基本保证。
1.3 箱内设施
箱体交通管理：信号、标志标线、通讯、车辆运行监控； 箱内突发堵车、消防等事故的报警、救援及抗 灾措施； 环境：通风与空调、照明、供电、防水、给水、排水； 监控：设备与环境运行的监控系统； 充分考虑箱体通过主缆吊杆置于空间的条件，如全桥箱外顶 部约5.0km2 巨大面积，为箱内各项设施合理规划布置和降低能耗 等提供了有利条件。合理规划箱内通风与空调、照明、供电、防 灾与报警、给水、排水、防水及各功能设施系统的监控等设施， 具备安全、有效、快速反应等良好特性。现着重对如下设施进行 构思、规划： · 箱体构造 · 通风与空调 · 照明 · 消防 · 监控
图-6 桩基构造
五．索塔基础构造及施工方案
综合考虑我国大型深水基础和陆上深 基坑施工，深基础的成功实践经验，选择 良好的水文地质条件及海床平坦处为索塔 基础位置，采用直径φ160m的双壁钢围 堰φ5.0m钻孔灌注桩基础，基础构造布置 见图－6。
施工步骤： 预制φ160m双壁钢围堰，双壁间距5.0m，要求水密 性。并根据围堰受力，施工等要求布置隔舱、支撑、施工 平台等结构，保证安全； 钢围堰浮运。根据水深及浮运稳定性等条件，在双壁 内浇筑砼或加水，调整吃水深度； 围堰定位、下沉、达海床后双壁内继续浇注砼加压、 吸泥、清基。直至围堰刃脚切入海床一定深度达到稳定； 安装钻孔灌注桩钢护筒（钢护筒由钢与砼组合结构， 保证强度和稳定），定位、振动、吸泥、下沉，达到稳定 深度； 钻孔灌注嵌岩桩施工：桩孔达微风化岩层，清孔按嵌 岩桩要求实施； 浇筑水下砼； 抽水，切割多余的钢护筒、桩顶处理，浇筑承台； 承台顶面设置抗震剪力隔离层； 浇筑塔座混凝土； 围堰顶及围堰内外的防撞设施安装； 围堰内维修养护设施安装。
二．桥梁结构及总体布置
在水深﹤40m时，目前已建成的不同桥型结构跨越能力：简 支梁可达70m、连续刚构可达250m、拱桥550m、斜拉桥1088m。 可根据水文、地形、地质等自然条件，并综合施工技术设备能力 等，进行选择桥型布置孔径； 水深﹥40m时，跨径3500m悬索桥构造总体布置示意图见图 －1、图－2、图－3。 设计标准初步设想： 桥 宽 按双向10车道、中间设分隔带及两侧各设3m宽 紧急停车带，总宽48m 设计荷载 公路－Ⅰ级 挂－300 设计车速 60km/h 风 速 百年一遇基本风速： 平潭 51.2m/s 新竹 39.4m/s 抗 震 由地震局提出最终要求 通航孔梁底净高 暂按80m考虑
2 箱内车辆交通运行的主要设 施构思与规划
2.1 箱体结构构造
设计标准： 设计荷载 公路Ⅰ级 挂-300 设计车速 60km/h 风 速 百年一遇基本风速：平潭51.2m/s、新竹 39.4m/s 通航净高 80m 箱室净空 双向10车道，中间设2m隔墙（兼消防救 生梯道），形成单箱二室；车道右侧设紧急停车带、箱 室两侧均设0.75m检修道；各箱室净宽23.0m、净高 5.0m。 箱体外廓尺寸 高×宽＝7.2m×57.0m（图-4） 箱体结构构造与箱内外各类设施、设备布置协调。
图－4墨西拿桥构造
图－5台湾海峡大桥构造
3.2钢主梁的水平风缆
在钢主梁两侧对称 地设置侧向水平风缆， 使桥面主梁横向水平 位移受到很大约束， 从而也起到了约束桥 面倾斜变化的作用。
图－3 断面
3.3主塔对主梁竖向变位控制
上述构造措施对钢主梁及桥面的水平 位移和倾斜转角得到了较好的控制，整个 桥面除索塔部位外只能上下垂直位移，保 证了结构抗风稳定及行车的平稳和顺畅。
1.5索塔深水基础设计及施工方案
桥墩基础构造及施工方案是海峡大桥成败的重要问 题。从上海东海大桥工程实践表明，在海上进行施工作 业一年中只有180天左右。为加快施工进度，分包给若 干承包商，各完成其中一段，使整个大桥工程能按期完 成；另一方面根据桥址海域水文、地质等自然条件，与 施工技术设备能力等综合考虑，合理确定桥墩基础构造 及海上施工方案，同样是很重要的。 位于深水区域的索塔基础，以其水深及规模而言， 现有50m左右实践，对50m以上水深的经验不足，需作 重点认真研究。至于悬索桥锚碇基础位置，在总体设计 时选择地质条件良好的浅水、浅滩甚至陆上，以取得良 好的设计、施工条件。因此本文仅以索塔基础为对象进 行研究探讨。
图1 立面
图2 横截面
图3 平面
1.1 雾
雾的形成一般是上层湿热空气与下面干冷的地面或水面接触， 使湿热空气降温造成水汽凝结成雾。按雾形成的条件可分为辐射 雾、平流雾、蒸汽雾、锋面雾、冻雾等类型。本桥桥址海域出现 的海雾是平流雾的一种。当海域上存在湿热空气，并有风速10～ 30km/h的风，可产生足够大的湍流混合空气，形成更厚的雾层。 把雾层厚度可延升到600m以上高度，同时风还可把雾吹得更远， 形成较大的覆盖范围，其持续时间不是由昼夜温度每天周期性变 化引起的，而是湿热空气持续被海面冷却的时间相关。因此这类 雾在一定的条件下，将会产生雾层厚度大、覆盖范围大、持续时 间长的情况。在桥址出现大雾时，对桥上行车产生较大的直接影 响。 如车道直接布置在主梁箱体内，则箱内外空气相互隔离，冷、 暖空气的温度、湿度缺少直接交换条件。因此即使桥址海域出现 浓雾天气，箱体内除出入口可能出现很小的局部影响外，不会出 现雾的现象。
1.6悬索桥钢主缆防腐及换索构造
本工程跨越海峡的3500m悬索桥可能多达30 孔左右，海上钢缆的防腐十分重要，总不能因 为有一孔索锈蚀把全部30孔左右的钢缆都换掉， 必须像斜拉桥那样，哪根拉索坏了就换那一根 的办法，现在已有一些斜拉桥，如广东西樵大 桥、重庆石门大桥等均取得了有效置换处理。 但对现有的悬索桥构造无法置换钢缆，故必须 革新现有悬索桥构造，使之达到可换
图示的悬索桥构造特点： 1．在桥轴线上方设置上、下间距20m的两 根钢主缆，形成钢主梁具有二对斜向交会的吊 杆；（图－1）（图－2） 2．桥平面上钢主梁两侧布置侧向风缆； 3．索塔由四根间距92m钢筋混凝土桩斜向 交会于塔顶，使520m高塔在不同方向均具有较 好的刚度，也为主缆在塔顶分跨锚固具备了构 造空间和索塔强度要求； 4．塔座与基础承台设置了抗震剪力隔离层。
六．钢缆防腐及换索构造
相邻桥跨的钢 主缆在塔顶交叉 锚固，每根主缆 由 25 股 钢 索 组 成 ， 主缆在塔顶入口 处，均沿散索鞍 各自锚在塔顶构 造内（图－7）。
图－7 塔顶构造
若发现某一孔钢主缆锈蚀需换索，可先将该 缆两边吊索拆除，此时桥面的重量由另一根钢 主缆承担，锈蚀钢缆的25股钢索逐股卸除锚头， 并下放至桥面。然后把新的25股钢索逐股吊起 放在散索鞍上，逐根依次锚固，再安装两边吊 索，调整应力即可。 上述拆卸一根锈蚀主缆时，由另一根主缆承 担全部桥面质量，因主缆和吊索的安全系数均 为3.0，故结构在换索的短期内仍属安全；在换 主缆过程中，还会引起基桩应力的不均匀，对 此可用临时预应力工具索施加预应力调整，待 钢缆置换后再解除预应力索。