1．概况
武汉天兴洲公铁两用长江大桥位于武汉长江二桥下游9.5公里的天兴洲江段。它是武汉铁路枢纽内的第二条过江通道，同时也是武汉市中环线的过江通道。正桥于2004年9月28日正式开工建设，是客运专线建设正式启动最早的工程。桥址处长江被天兴洲分隔成南北两汊。跨长江南汊主航道主桥为双塔三索面钢桁梁斜拉桥，桥面按上、下两层布置，上层为公路桥面，下层为铁路桥面(图1)。跨长江北汊副航道为预应力砼连续梁桥，公路桥与铁路桥平行分建，铁路在下游，公路在上游。跨天兴洲区段为从双层桥到平行桥的过渡区段。大桥全长4657.1m。
图1 南汊主桥效果
南汊主河道宽约1.4公里，北汊副河道宽约l公里，主河道水深15～31m，桥址百年一遇洪峰流量为南汊55000 m3/s，北汊22100 m3/s；最大冲刷深度29.91m；覆盖层25～32m，基岩以砾岩为主；水流平均速度为2.13m/s；设计船舶碰撞速度为3m/s；桥渡区为典型季节性气候，七、八月份最高温度达42℃，一月份最低为－15℃，年平均气温为+16℃，年平均降雨量1214～1448mm,年最大降雨量达1266mm,有霜冻和降雪发生,最大风速V10＝29.9m/s。
天兴洲公铁两用长江大桥，公路部分按城市快速路标准设计，设计速度80km/h；双向六车道，桥面宽27m；设计荷载：公路--Ⅰ级；设计风速：按百年一遇控制设计，V10=29.9m/s 。铁路部分，线路等级：客运专线，Ⅰ级；正线数目：四线，客运专线和Ⅰ级干线均分别为双线；正线间距：客运专线5m，Ⅰ级线4.2m，客运专线与Ⅰ级线间距8.6m；牵引定数：货车5000t，客车700～1100t；旅客列车设计行车速度：200km/h以上，按250km/h作动力仿真设计；设计荷载:客运专线采用“ZK活载”，Ⅰ级铁路采用“中－活载”。地震基本烈度6度。主航道通航净空尺度：航道等级I(1),净宽不小于455m；净高：最高通航水位以上不小于24m；北汊通航孔净空高度：设计最高通航水位以上不小于10m，考虑洪水期可通航小型船舶，统一设置两个净宽不小于60m的通航孔。
2 主桥结构
(1)南汊主桥为双塔三索面三片主桁双层桥面钢桁梁斜拉桥，孔跨布置为98m+196m+504m+196m+98m=1092m (图2)，采用半飘浮体系，两边跨各设一辅助墩。边墩、辅助墩以及主塔墩上均设有竖向支座和约束梁体横向位移的支座或构造，主塔-钢桁梁之间设约束梁体纵向位移的STU及MR阻尼装置。公路桥面：两端168m为预制混凝土板，其余为钢正交异性板桥面。铁路桥面：混凝土槽板道碴桥面。
图2 主桥桥型布置图
（2）主塔墩基础
主塔墩基础均采用φ3.4m大直径钻孔灌注桩。2号墩为柱桩基础，采用32根φ3.4m钻孔桩，行列式布置，墩位处地质条件复杂，群桩为高低桩，桩长53～57m。3号墩为摩察基础，采用40根φ3.4m钻孔桩，行列式布置，桩长84m。承台均采用双壁钢吊箱围堰施工(图3)
图3 3＃墩主塔基础桩位平面布置图
（3）索塔
1）主塔结构设计为倒‘Y’型钢筋混凝土结构，由下、中、上塔柱及下横梁四部分组成（图4）。塔高（从塔座顶面算起）为190m、主塔顺桥向宽度为9m～18m。混凝土材料采用C50级，每塔混凝土数量22127 m3。普通钢筋材质为HRB335，每塔普通钢筋数量4100t。预应力筋采用19-φ15.2钢绞线及24-φ7钢丝束两种类型。其中公路桥面以上高135m，与主跨度之比为0.27，为正常比例。
2）下塔柱高29.29m，横桥向宽7.2m～10.75m、顺桥向宽16m～18m，采用单箱双室截面，壁厚为1.5m，在根部及与下横梁交界部一定范围内壁厚逐渐加厚。
图4 索塔结构图
3）中塔柱高85m，横桥向等宽7m、顺桥向宽9m～16m，采用单箱单室截面，壁厚为1.3m，在顶部及与下横梁交界部一定范围内壁厚逐渐加厚。中塔柱在桥面处设有1.8m*1.0m进人孔，电力管线从该处通过。
4）上塔柱高75.71m，横桥向等宽12.2m、顺桥向等宽9m，采用单箱三室截面，壁厚四个侧墙为0.8m、两个锚固墙为1.5m，在根部及与中塔柱交界部一定范围内壁厚逐渐加厚。上塔柱内设有斜拉索锚块。塔塔顶部设有0.8m厚的盖板，盖板上设有进人孔。
5）下横梁高8m，横桥向长58m，顺桥向宽14m，采用单箱双室截面，顶、底板厚度为0.8m，腹板厚度为1m～1.6m，在支点位置设有2m厚的横隔墙。顶面布置有支座垫石及阻尼装置的固定垫块，顶面留有4个进人孔，下横梁内部设有通道与中塔柱相通。
6）塔的斜拉索锚固区采用预应力锚固形式，预应力体系采用24φ7mm高强度低松弛钢丝束镦头锚。
（4）主梁
1）主梁采用五跨连续钢桁梁，三片主桁，“N”形桁架，斜拉桥三个索面分别锚于三片主桁的上弦，三片主桁之间间距15m，总桁宽30m，桁高15.2m，节间长度14m，上层公路面为正交异性板和混凝土桥面板，下层铁路面为纵横梁体系(图5)。钢材采用国产桥梁专用低合金钢Q370q-E。
图5 钢桁梁标准横断面
2）斜拉桥主桁杆件在安装及运营状态下，大部分杆件均处于受压状态，主桁弦杆最大杆力约56MN。综合各种因素，主桁弦杆均采用箱形截面，宽度为1000mm，梁端126m范围上弦杆高度1000mm，其余区段高度1300mm，下弦杆高度1450mm，组成箱形杆件的四块板中部各设一根纵向加劲肋。主桁部分斜杆采用箱形截面，其余斜杆、竖杆采用H形截面。腹杆与节点的连接采用插入形式。主桁节点采用焊接整体节点，节点外拼接。钢桁梁工地连接采用φ30、φ24高强度螺栓，材质要求35VB。
3）斜拉索锚固于主桁上弦节点。锚箱是传递强大索力的关键部位。锚箱结构见图6。
图6 斜拉索锚箱构造
（5）斜拉索
每塔两侧各有3*16根斜拉索，共192根。斜拉索为镀锌平行钢丝组成，双层PE防腐护套，冷铸锚。斜拉索截面最大为451丝(Φ7mm)，最大设计索力12170kN，单根最大索长272m，重40t。全桥共用高强镀锌钢丝4200t。钢桁梁上索距14m，相邻索面中心距15m。斜拉索下端锚固于主桁上弦节点锚箱内，上端锚固于上塔柱。 斜拉索上、下端均可作为张拉端。
拉索PE护套上采用螺旋线，连同塔上设高分子粘滞阻尼橡胶圈和梁上设液压阻尼器，可有效地抑制拉索风雨振。
（6）主梁架设和施工控制
钢梁架设采用整节段+散拼的方式，以整节段架设为主(7)，一个节间最大吊重为700吨。在采用整节段架设比较困难的墩顶，则采用散拼的方式。2#、3#主墩设支架，采用浮吊散拼架设墩顶 四个节间钢梁（图8）。
图7 三片主桁整节段吊装
图8 墩顶四节间散拼
用浮吊拼装700t架设节段钢梁用的架梁吊机，南岸滩地无水部分在支架上拼装钢梁，水中部分架梁吊机对称悬臂架设钢桁梁节段（图9）。
主桁节段在工厂拼装焊接成型，并设置合适的临时杆件以方便运输和吊装。700t架梁吊机横向设可独立调整和控制的三个吊点，方便三个主桁的对位安装 。
合龙3#、4#墩之间的钢梁。为实现合龙杆件按工厂制造长度无应力安装，支架上钢梁需要顶升和纵横移。钢梁跨中合龙，完成全桥钢梁架设（图10）
图9 架梁吊机对称悬臂架设钢桁梁节段
图10 三片主桁整节段吊装跨中合龙
3主要技术特点和创新点
（1）设计技术
1）世界上最大跨度的铁路及公铁两用斜拉桥。已建成公铁两用斜拉桥最大跨度：国内为芜湖长江大桥，主跨312m；国外为丹麦到瑞典之间的厄勒海峡大桥，主跨490 m。天兴洲公铁两用长江大桥主跨为504m。
2）世界上载荷最大的公铁两用斜拉桥。本桥荷载标准为六车道公路、四线铁路（两线客运线、两线Ⅰ级干线）。
3）斜拉桥首次采用三片桁架主梁、三索面的新结构。
4）首次在钢桁梁桥中采用钢正交异性板与混凝土桥面板的新结构。
5）深水基础首次采用φ3.4m的大直径钻孔灌注桩。
6）桥梁纵向约束采用大吨位阻尼装置，有效改善了斜拉桥体系的受力。
（2) 施工技术
1）主塔墩基础施工中，采用巨型双壁钢吊箱围堰成套技术在复杂施工条件下整体浮运，精确定位。该技术中“钢吊箱整体浮运锚墩预施拉力定位、兼作钻孔平台方法”、“桥梁深水基础钢吊箱、钢套箱浮运重型锚墩定位施工方法”等两项研究成果分别获得国家发明专利授权。
2）研制了扭矩为30t.m动力头钻机，成功完成3.4m钻孔桩施工。
3）钢梁安装采用了整节段架设技术，并研制成功700t步履式专用架梁吊机。节段工厂预拼、现场整体安装工艺，对提高工效、确保工程质量，具有重要意义。
4．有关资料
桥 名：武汉天兴洲公铁两用长江大桥
桥 型：五跨双塔三索面三片主桁双层桥面钢桁梁斜拉桥
跨 径：主跨504m
桥 址：湖北省武汉市
设计单位：中铁大桥勘测设计院有限公司
施工单位：中铁大桥局集团
中铁十二局集团有限公司。
混凝土用量： 880000 m3
钢材用量：121500t，其中 Q370q-E 45800t
造 价：34.24亿元
建成日期：2008年9月
