特大跨悬索桥关键技术研究

一、概述
研究的必要性
必要性4：桁式加劲梁悬索桥几何非线性特征显著，虽然几何非 线性静力分析技术较为成熟，但其几何非线性动力分析技术尚不完 善，活载极值内力分析亦不成熟，进行悬索桥几何非线性静动力仿 真研究，和悬索桥随机荷载非线性时程分析研究，对悬索桥在山区 高速公路中的推广应用具有重要的意义。
一、概述
研究的必要性
必要性5：山区施工场地狭小，工作面严重受限，常见的大跨度悬索 桥施工方案已不能满足四渡河桥建设的需要。探索山区狭小施工场地下 大跨度悬索桥的施工组织，研究先导索施工技术、桁架式加劲梁制作安 装检验标准、架设技术，对四渡河桥这一沪蓉国道控制性工程建设是十 分必要，同时为今后山区桁架式加劲梁悬索桥施工提供依据。
° 左壁 洞顶 右壁
洞深
洞顶洞壁界线
C 泥化夹层
F 破碎带
f 断层
溶孔
变形试点
τ 砼/岩
τ 岩体
抗剪试点
抗剪试点
说明：
1. 洞口坐标（389218，442485），桩号K100+250右15m，洞轴向91°，地表沿洞轴向坡角约36°。 2. 三叠系大冶组上段T1d2薄~中厚层灰岩，岩层产状330°∠83°，强风化，0~24m洞段弱卸荷，24~45m 洞段轻微卸荷。泥化夹层发育，并有顺层溶蚀现象。主要发育顺层、北北西及北西西3组节理。 3. 破碎带2条： F1：宽20~40 cm,棕黄色泥夹碎块石；F2：宽35~80cm，薄层破碎灰岩、强风化方解石及泥组成，见溶蚀空洞，最大洞径50*80cm，渗水。 断层4条： f1:宽0.5~3cm，夹方解石，上下面泥充填；f2:左壁宽5~8cm，右壁宽1~2cm，泥夹方解石，渗水；f3:左壁钙泥质胶结较好，洞顶左部破碎，最宽40cm,见空洞，部分充泥，右壁宽0.6~2cm，泥夹碎石；f4:左壁宽0.6~8cm，由下至上渐宽，上部张开成逢，部分充 泥，右壁宽0.5cm，钙泥质充填，渗水。 泥化夹层26条： c1:厚5~9cm，棕黄色泥；c2: 厚1~4cm，局部厚20cm，棕黄色泥；c3: 厚2~4cm，极薄层破碎灰岩夹泥；c4：厚1~3.5cm，极薄层破碎灰岩夹泥；c5、c6: 厚1~3cm，极薄层破碎灰岩夹泥；c7：厚5~10cm，泥夹碎石，见溶孔，孔径130cm*35cm；c8：泥夹碎石， 左壁厚1~2cm，右壁渐窄； c9: 厚4~10cm，棕黄色泥；c10: 厚5~12cm，棕黄色泥；c11: 左壁厚1~2cm，右壁渐厚10~13cm，极薄层破碎灰岩夹泥；c12: 厚10~50cm，泥夹碎石、小块石；c13: 厚1.5~3cm，极薄层破碎灰岩夹泥；c14: 厚0.5~1.2cm，泥夹少量碎石；c15、c16、c17: 厚 0.5~2.5cm，极薄层破碎灰岩夹泥；c18: 厚1~1.5cm，夹方解石及钙泥质充填物；c19: 厚0.5~1cm，极薄层破碎灰岩夹泥；c20:厚0.5~0.8cm，钙泥质充填；c21: 厚0.5~0.8cm，紫红色泥；c22: 厚3~5cm，极薄层破碎灰岩夹泥；c23: 厚10cm，泥夹碎石，见溶孔k1 ，孔径25cm，泥充填；c24: 厚1~2cm，充泥，渗水，见溶孔k2，溶孔呈倒喇叭型，最大孔径53cm；
经费来源
✓ 交通部西部科研项目拨款 ✓ 建设、设计及施工单位工程配套费
二、主要研究内容与成果 1)隧道锚试验及数值分析研究
1）隧道锚址区地质勘察与岩体力学特性试验研究
①隧道锚址区地质勘察 ②勘探平洞开挖（2×2m） ③岩体室内试验 ④岩体原位（现场）试验 ⑤工程岩体分级
二、主要研究内容与成果 1)隧道锚试验及数值分析研究
一、概述
四个专题研究
序号 1 2 3 4
专题名称 隧道锚试验及数值分析研究 山区风环境及悬索桥抗风抗振研究 桁式加劲梁悬索桥非线性仿真研究 山区大跨度悬索桥施工及架设技术研究
一、概述
研究单位
✓ 湖北沪蓉西高速公路建设指挥部 ✓ 中交第二公路勘察设计研究院 ✓ 路桥集团华南分公司 ✓ 长江科学院岩基研究所 ✓ 华中科技大学 ✓ 同济大学
一、概述
四渡河大峡谷 560米
西部多为山区，崇山峻岭，地质条件复杂，加上工程建设周期 不断缩短，建设中遇到了很多新问题。即将开工建设的沪蓉国道主 干线湖北省境宜昌至恩施段高速公路，是我国最早规划的两纵两横 国道主干线中最后贯通段。是迄今为止最具挑战性的公路工程。其 工程难度、工程规模均是空前的。
一、概述
恩施岸重力锚施工
重力锚远眺
重力式锚碇前侧 底部设基座，与 后部锚体、侧面 鞍室形成闭合体 系。锚碇最大开 挖深度达47米， 土石方开挖方量 为168000m3， 锚碇混凝土方量 为62042m3。
重力锚开 挖及防护
完成
重力锚锚体 混凝土完成
一、概述
研究的必要性
必要性2：四渡河特大 桥宜昌岸隧道锚底部与八 字岭隧道的出口段垂直距 离仅22米，这种隧道锚与 下穿公路隧道紧密相连的 情况国内尚属首次，国外 亦未见报道。研究隧道锚 本身的力学性能及隧道锚 与其下穿隧道的相互作用 机理，解决基础建设关键 问题，迫在眉睫。
沪蓉国道主干线湖北宜昌至恩施公路
四渡河深切峡谷特大跨悬索桥 关键技术研究
主要汇报内容
概述 主要研究内容与成果 经济和社会效益评估 依托工程简介
一、概述
沪蓉国道主干线是我国规划的 公路主骨架网“五纵七横”中 的“一横”，全长2200Km,目 前整个沪蓉国道只剩宜昌至万 州段未建成高速公路，湖北境 有324Km，湖北宜昌至恩施公 路203 Km，计划2007年建成通 车，剩下的121 Km计划2008年 建成。本项目的建成，将会使 湖北省基本形成以武汉为中心， 以京珠、沪蓉两条国道主干线 为主轴，连接湖北“大三角” 经济区和周边省会城市的高速 公路主骨架的路网结构,将成为 鄂西南地区快捷的重要运输通 道，同时也是鄂西南地区开发 和利用水能、矿产和旅游资源 优势及发展有机的综合运输体 系的需要。
沪瑞贵州境坝陵河特大桥
一、概述
研究的必要性
必要性1：山区工程地质条件一般 较好，基岩埋深浅甚至直接出露，大 跨度悬索桥采用隧道式锚碇可以获得 极为可观的经济效益，与重力式锚碇 相比，隧道锚造价低廉，2000年建成 的重庆鹅公岩长江大桥，隧道式锚碇 比用重力式锚碇节约1500万元人民币。 本桥初步设计指标，一个重力式锚碇 需混凝土约5.6万m3，而隧道式锚碇 仅需混凝土约1.4万m3，为重力式锚 碇的1/4。但目前对隧道锚缺乏深入、 系统的分析研究。开展隧道锚专题研 究将对其在山区悬索桥中的应用产生 重要的推动作用。
一、概述
沪蓉湖北境四渡河特大桥
由于峰高谷深，河流深切，为 了地形地质条件与工程投资规 模平衡，设计中出现了许多高 墩大跨度桥梁。
但在跨越河谷深切的特大型峡 谷时，为避免墩高过大，采用 一跨过谷大跨度悬索桥方案往 往成为唯一合理的选择，沪蓉 国道桥主 跨均接近或达到了千米级别。
特点一：我国西部山区地形起伏大，河谷深切，如四渡河峡谷，两岸岸坡
陡峻，悬崖矗立，路线高差约560m。桥梁规模巨大。
一、概述
特点二：西部山区现有路网等级不高，施工运输条件差，大型施工机具、建
材、结构构件的运输极为困难。
一、概述
特点三：由于地形条件的限制，施工场地极为狭小，许多情况下是桥隧相连，
场地条件更为困难，桥下一般没有水运条件，大型构件的起吊安装困难。
一、概述
研究的必要性
必要性3：山区风速变化快、风场分布复杂，主要受山区小气候 控制。山区河谷风对工程的危害亦引起重视，例如国内某桥在施工 过程中发生的160米裸拱坍塌事故很可能与河谷风作用有关，悬索 桥为柔性结构，对风致振动特别敏感，研究山区风特性、控制悬索 桥施工阶段风致振动及解决运营阶段行车稳定性问题，意义重大。 山区桥位风特性研究在我国尚无前例可借鉴，四渡河特大桥位风特 性实测和风参数研究不仅是大桥抗风设计的基础，而且对我国风工 程研究发展具有重要的意义。