深港西部通道(图1)及其连接道路后海湾干线作为香港的第四条跨境行车通道,不但可纾缓目前位于落马洲,文锦渡及沙头角跨境行车通道接近饱和的交通情况,更可应付日后的需求。这有助促进本港与华南地区之间的人流和物流;推动经济进一步发展,以及加强香港作为珠江三角洲地区商贸物流枢纽的地位。
图1深港西部通道地理位置
1.概要
深圳湾公路大桥按双向六车道高速公路标准建设,全长约5.5公里(图2),于深港分界线分为香港段(3.5公里)及深圳段(2公里)。香港段的大桥造价约为23亿港元,由2003年8月施工至2005年12月基本完成。通道始于深圳蛇口东角头深圳湾口岸,横跨后海湾,在香港新界西北区的鳌磡石着陆后连接后海湾干线,而这干线的另一端与元朗公路相连。
由于通道的香港段缺乏可用作兴建口岸设施的土地,在2001年7月25日举行的粤港合作联席会议第四次全体会议上,两地政府原则上同意在深圳东角头的新填海区设置过境联检设施,实行「一地两检」的通关安排。
图2 深圳湾公路大桥桥位
深港西部通道工程项目由香港及深圳两地政府共同实施,各自负责设计及兴建其领域内的通道部分,深圳方面,由深港西部通道工程筹建办公室(简称西通办)负责统筹,而香港段则由路政署负责兴建。为保持整条通道在路线、外观及承载力方面的一致性,路政署与西通办组成联合工作小组,协调处理各设计及建造事项。联合工作小组下亦设由双方代表及设计单位组成的技术小组。其间就克服两地存在程序及制度方面差异的问题,双方达成了多项成果,主要包恬:
(1)为选出最佳设计方案以供共同采用,双方合作制订了主桥及引桥的参选方案,并邀请香港及内地的有关专家组成联合评审委员会,对各方案进行评审。两地政府根据评审会结论,敲定了采纳方案为独塔单索面斜拉桥作主桥(图3)、预应力混凝土箱梁作引桥。
图3 独塔单索面斜拉桥效果xiaoguoxiaoguo方案
(2)由于两地在设计理念、设计因素等方面存在差异,这问题用一个务实方法解决了:深港双方设计单位各自根据己方规范完成己方详细设计,然后将完成的设计交与对方用对方的设计规范来作独立设计复核,并根据复核要求改善设计,使设计能同时满足双方的设计规范。
2.主桥详细设计
该桥创新的独塔单索面斜拉桥设计,是一个别出心裁而独特的构思。其斜拉桥塔塔身以一比五的比例倾斜,互相仰向着对方,设计型态如两座桥塔互相牵引各自的引桥至中间的深港分界线,标志着两地人民热切渴望能更加紧密地团结起来,迈向繁荣。设计的工程师们利用了顶尖的计算机程序去处理精密的大桥结构计算,亦特别留心每一个计算步骤及细节。此外,亦就大桥之空气动力分析进行风洞试验;在引桥设计方面,亦利用三维立体计算机模型作整体的结构分析;而在一些结构上比较复杂的位置,亦使用有限元分析作结构部件的局部区域设计(图4、5、6、7)。
图4大桥设计的有限元分析模型
图5 斜拉桥桥身的节段模型风洞试验
图6 香港段斜拉桥立面
图7 香港段斜拉桥钢箱梁横断面
3.斜拉桥塔的建造
(1)桥塔地基
地基由25根Φ2m的钻孔桩及3.3m厚露于水面的长方型承台所组成。承台两侧建有两个半圆形防撞墩以防止船只直接撞击主塔。
(2)桥塔上部结构
桥塔总高度为水平面上159m。桥塔横切面呈长方形,而长宽两边由最底部开始向塔顶渐渐变小,使桥塔看起来更为美观。桥塔在桥面以下的部分采用常用的模板及现浇方法建造。而在桥面以上的桥塔部分则主要由爬模的方法建造。利用滑模的方法,可于五天内筑起每段平均4m高的桥塔部分(图8)。
图8 斜拉桥桥塔及地基建造
4.主桥施工场景
由于桥塔﹑桥身及斜拉索三者互相连系,因此,整个斜拉桥的施工程序有
赖于每个施工步骤的紧密协调。
钢箱梁运输到现场以后及时进行吊装,调节其平面位置及高程,先临时连接,再完成全截面焊接。先合拢深圳侧74.6m+74.6m+99m的钢箱梁,再完成210m的通航孔(图9)。
图9 斜拉桥钢箱梁吊装
5.引桥的建造
横跨后海湾、连接着陆点至斜拉桥段的引桥部分平均跨度为75m,共有84个桥墩;桥墩承托于埋在海床下的承台及长度由15m至100m不等的桩柱之上。跨越海面的引桥部分由预制的混凝土箱梁组成,箱梁节段在广东南沙的工场预制,并利用趸船经水路运至香港工地,再以平衡悬臂拼制方法建成完整的桥梁结构。在香港,桥梁通常整跨一起建造,然而,有鉴于深港西部通道引桥部分75m长的桥跨,采用平衡悬臂拼装法是更为恰当。利用此方法,两边由23个预制节段组成并排的南北行车线桥身可于6日内建成(图10、11)。
图10 预应力混凝土引桥梁段对称安装
图11 引桥预制梁段运吊到临时铁桥上
6.主要技术特点及创新点
(1) 航道位置的斜拉桥乃全中国最宽的单索面斜拉桥。宽约38m。
(2)本港首次使用特重碎石(重晶石)制成重量比一般混凝土重30%的特制混凝土块作斜拉桥平衡件(图12)。
图12 利用重量比一般混凝土重30%的特重碎石(重晶石)制造特制混凝土块
图13 首次在香港桥梁使用的不锈钢钢筋
(3)为提升结构耐久性,桥墩混凝土加入二氧化硅微粉(微硅粉)以加强混凝土防水功能。桥墩外围钢筋在潮侵带和浪溅区使用不锈钢钢筋(图13)。
(4)斜拉桥桥面铺装采用沥青玛蹄脂碎石混合料/沥青玛蹄脂混合料双层铺装结构。此为高密度之防水路面沥青层,为世界领先技术,在香港桥梁首次使用。
(5)为满足两地的设计规范,利用动态有限元计算机仿真及实车试验,研发出一种创新高速公路级防撞拦。此设计亦已取得专利。
(6)为缩短斜拉桥主跨桥身节段吊装循环的时间,在桥身预加拉力,使张拉斜拉索的工序可在桥身节段焊接完成前开始,而吊装循环时间亦因而缩短至六天。
(7)为避免运送建材经过泥滩时污染该地区,特别建造了一条1.8km长、9m宽的临时铁桥(图14),此铁桥可说是香港历来同类型铁桥中最大的一座,重约12000t,亦为工程取得数个环保奖项(图15)。
图14 筑建临时桥运送建材以减低工程对后海湾的影响
图15 深港西部通道项目所获之环保奖项
(8)交通管制及监察系统
整个新建道路网附设了交通管制及监察系统,以协助交通管理和运作,港方部分建造费用约 8 千万港元。系统的涵盖范围包括深港西部通道、后海湾干线以及元朗公路,所涉路面范围合共约 16 公里。该系统采用了数码方式传送讯息,这不但能快速传送数据和图像,并可确保画面质素优良。同时,该系统采用了电子认证技术以确保所传送数据的完整性、保密性和认受性(图16)。
图16 交通监察与电子显示系统
(9)景观照明
深港西部通道的景观照明设计重点突出其美丽及优雅的桥梁造形。为了突显这横跨深圳湾的地标,两地政府采用了统一的景观照明方案以突出两座主塔、斜拉索以及整段大桥外侧桥身。斜拉桥的景观照明系统的设计,跟其它本港大型桥梁如青马桥及汀九桥设计相似,特别之处在于连带长约4.5公里的引桥桥侧亦包括在照明范围之内,以加强外观美感(图17)。
为保障后海湾生态环境,现时所有景观照明于晚上10时关闭。总建造费约1千万港元。
图17 景观照明启亮下之深圳湾公路大桥
7.有关资料 (香港段):
桥名 : 深港西部通道
桥型 : 独塔单索面斜拉桥
斜拉桥主跨径 : 210m
桥址 : 香港特别行政区后海湾
建设单位 : 香港特别行政区路政署 (Highways Department, Hong Kong SAR Government )
设计单位 : 奥雅纳工程顾问 (Ove Arup and Partners Hong Kong Limited)
施工单位 大桥: 金门-斯坎雅–中铁大桥局(Gammon-Skanska-MBEC Joint Venture)
交通监控系统: 佳信高明联营(Serco KML Joint Venture)
景观照明: 中电工程 (CLP Engineering)
混凝土用量 : 斜拉桥桥塔15,240t、斜拉桥桥身9,660t
钢材用量 : 钢箱梁9,600t、斜拉索308t
造价 : 大桥约23亿港元
交通监控系统约8千万港元
景观照明约1千万港元
建成日期 : 2005年12月