总第３０５期交 通 科 技
ＳｅｒｉａｌＮｏ．３０５
２０２１第２期ＴｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
Ｎｏ．２Ａｒｐ
．２０２１ＤＯＩ１０．３９６３／ｊ
．ｉｓｓｎ．１６７１ ７５７０．２０２１．０２．００９收稿日期：２０２０ １１ ３０
潘 丹
（湖北省交通规划设计院股份有限公司 武汉 ４３００５１
）摘 要 青山长江公路大桥作为武汉长江上第１１座大桥，是武汉市四环线的重要过江通道。大桥采用双向八车道高速公路标准建设，全长７．５４８ｋｍ，设计速度为１００ｋｍ／ｈ，南汊主跨设计为９３８ｍ双塔双索面钢箱及钢箱结合梁斜拉桥，是目前世界上跨度最大的全漂浮体系斜拉桥，桥宽４８
ｍ，也是目前长江上最宽的桥梁。文中从项目背景、工程概况、过江通道拟定、起终点衔接、路线平纵横设计等方面，介绍了青山长江公路大桥的路线总体设计思路和设计重难点。关键词 路线总体设计 过江通道 桥轴线 连续Ｓ形曲线 跨江纵断面 路拱横坡中图分类号 Ｕ４１２．３
武汉市现有的环线快速通道分别为内环、
二环、三环和绕城高速，本项目位置图见图１。其中内环和二环主要服务于主城区；三环线是主城区外围、新城组间的快速通道，也是主城区唯一一条货运快速环线和诸多出口公路交通转换载体，交通压力巨大；绕城高速位于新城组的外围，主要承担长途过境交通，
局部路段交通压力日益增显。现有交通布局难以适应城市空间发展战略的需求。武汉市政府适时提出建设四环线高速公路的大举措，加密“环线”、提高过江能力，构建新兴产业及物流通道。
图１ 项目位置图
四环线位于有三环和绕城高速之间，全长约１４６ｋｍ，有效衔接新城组和多个产业园区、物流园区、铁路站场及机场，并可实现多条高速公路、国省干道的交通转换。
青山长江公路大桥是武汉市四环线工程的过江通道之一，
位于武汉市洪山区、化工管委会及黄陂区境内，
是四环线东北段跨越长江的控制性工程。桥址距上游天兴洲公铁长江大桥约７．５ｋｍ，距下游阳逻长江大桥约１２．０ｋｍ。
项目按双向八车道高速公路标准设计，设计速度为１００ｋｍ／ｈ，桥梁标准横断面宽度４１ｍ（不包括桥梁构造所需宽度），桥梁荷载等级为公路－Ｉ级。设计最高通航水位为２６．９５ｍ（１９８５国家高程基准），设计最低通航水位为９．３３ｍ；跨天兴洲南汊桥梁通航净高在设计最高通航水位以上不小于２４ｍ，同时不低于上下游相邻桥梁实际通航净高，主通航孔单孔双向通航净宽不小于５２９ｍ；跨天兴洲北汊桥梁通航净高在设计最高通航水位以上不小于１８ｍ，单孔单向通航净宽不小于６８ｍ。
路线全长７．５４８ｋｍ，全线均为桥梁，其中长江大桥全长４３７３．６ｍ，南汊主航道桥采用３５０ｍ＋９３８ｍ＋３５０ｍ的双塔双索面钢箱及钢箱结合梁斜拉桥，北汊副航道桥采用６５ｍ＋３×１１０ｍ＋６５ｍ连续梁桥，设大桥监控管理分中心１处、养护工区１处。１ 过江通道拟定
本项目过江通道选择的基本原则：符合武汉市城市规划及交通规划总体方案，符合两岸洪山区、黄陂区城镇规划；结合长江河段及两岸地形特点，
尽量减少长江大桥规模，减少耕地占用和拆迁；充分考虑四环线总体走向，便于东段和北段的
顺畅衔接；符合河势、防洪、通航的要求，减少对河势的改变，保证河段行洪和堤防防汛的安全，保证船舶的通航安全；
协调水利及港务部门在水域、陆域范围的已有规划，
尽量避免或减少对其干扰。工可阶段根据四环线总体走向及建设条件，在天兴洲公铁大桥至阳逻长江大桥间自上而下拟定了天兴洲洲尾（Ａ线）及阳逻弯道（Ｂ线）２个通道方案进行比选，路线通道方案图见图２
。
图２ 路线通道方案图
与Ｂ线方案相比，Ａ线方案桥位虽与武钢工业港船舶横驶区、现有码头、锚地有干扰，但深槽、断面形态相对稳定，航道条件相对较优，与城市规划的适应较好，避开了水源保护区，建设里程较短，投资较低，经规划、港口有关部门确认并采取相关措施可保证建设实施条件。工可批复同意Ａ线方案，该方案充分考虑了水文、通航、防洪、桥梁结构需求及两岸接线条件，为最终实施的过江通道方案。
２ 路线起终点
本项目起点接四环线东段（北湖至建设），终点接四环线北段（武湖至吴家山），长江大桥南北两岸分别设置化工互通、汉施互通与规划及既有道路连接。本项目依据投资规模、
武汉天兴洲长江大桥区域路网及实施条件等，
与东段和北段进行建设界面划分，明确起点为路线与乙烯快速路交叉点以南１５０ｍ，终点为路线与汉施公路交叉点以北５００ｍ。化工互通、汉施互通分别计入东段和北段。由于本项目实施在前，路线总体布设需充分考虑与前后相邻项目的线位衔接，
并在接点附近预留设置互通的条件。起终点路线方案不能局限于接点处小范围，而需对延伸段的路线方案进行整体研究。起点段研究范围延伸至东段与外环连接的北湖枢纽，终点段研究范围延伸至北段与武英高速连接的白沙湾枢纽。
２．１ 起点段延伸研究
受青山桥过江通道、城市规划、路网等因素控
制，
起点延伸段只能利用武钢与规划化工新城之间的空间展线，起点与绕城高速交叉无法利用现有北湖互通，考虑原位新建Ｙ形枢纽。青化路为青山区主要货运通道，
为避免与其干扰，路线在青化路东侧布设，以避让驾驶员培训学校、北湖加工厂、物流园区、北湖工业园等，贴近北湖边缘尽量减少占压水域，与八吉府街交叉处设置北湖互通，而后路线沿武钢灰渣运输走廊东侧布设，在武钢自备电厂和挽月中学以东设化工互通连接绿路，对接本项目起点，起点路线方案见图３。
图３ 路线平面布置图（单位：ｍ）
２．２ 终点段延伸研究
终点延伸段路线布设主要控制因素有汉施公
路和刘大路交叉处农科院基地项目、农耕年华生态园、草湖湿地保护区、台湾农业创业园等。为
１
４２０２１年第２期潘 丹：武汉青山长江公路大桥路线总体设计
避免穿越农耕年华生态园，路线沿刘大路布线至生态园东北角设置汉施互通与刘大路连接，进而连接汉施公路。而后路线折向西，穿过农耕年华生态园与草湖湿地保护区核心区之间的实验区（仅侵入生态园和实验区角隅），沿台农创业园北侧继续向西展线至武英高速，终点路线方案见图３。
３ 路线平面设计
本项目路线全长为７．５４８ｋｍ。共设平曲线６个，路线最小转角１２°２′４４．９″，平曲线最小半径１５００ｍ，曲线占路线总长的７８．１４％。受工可批复的过江通道和东四环、北四环路线走向控制，起终点和跨江段位置明确，路线走廊相对狭窄，但两岸接线条件复杂，区域内居民区、学校、厂矿企业、高压线密布，同时路线需跨越８０万ｔ／年乙烯管廊、乙烯快速路、两岸长江大堤、江北一级路、高压线走廊、２１号轻轨、新港铁路等多个重要节点（路线平面布置见图３）。如何在有限的空间内合理把控技术指标、灵活运用线形要素，尽可能减少对沿线相关单位及设施的影响，处
理好与各重要节点之间的关系，是本项目平面设计的要点。３．１ 跨江段平面设计
工可批复的过江通道位于天兴洲洲尾，路线依次跨长江南汊、天兴洲、北汊，南汊为主通航孔，北汊为副通航孔。跨江段的合理路线是与长江水流方向垂直，根据前期专题研究提供的实测桥位河段枯、中、洪三级水位水流流速及流向，结合流矢图确定桥轴线［１］。
南汊主航道桥采用主跨９３８ｍ超大跨径特殊结构，主桥平面宜设计为直线。南、北汊水流方向存在一定夹角，为避免在两汊间形成小半径曲线，保证主桥边跨位于直线上，同时满足北汊桥轴线相对水流法线方向的最小偏转角度，经过反复试线，最终在天兴洲至北岸大堤之间设置不设超高的犚＝４０００ｍ的右偏圆曲线。
跨南汊的直线和跨北汊的犚＝４０００ｍ圆曲线直曲相连，于天兴洲形成折点，与江段地形相协调，增设曲线后跨江段整体线形更加流畅，更有利于平纵面线形的组合，视觉和景观效果更好，同时，北汊副航道桥和跨堤孔桥位于不设超高曲线上，对大跨径宽幅连续梁结构安全更有利。３．２ 接线平面设计
３．２．１ 与８０万吨／年乙烯管廊交叉点的选择路线在起点附近上跨８０万ｔ／年乙烯管廊和紧邻的乙烯快速路，交叉点附近管廊沿线设置有多个供地方路通行的龙门架，考虑桥下管廊保护罩的设置条件，并降低桥梁高度，减小施工及运营期间的安全风险，同时考虑主线标高宜尽量压低以利于化
工互通匝道落地，路线宜从满足设置保护罩长度的２个龙门架之间穿过，路线与管廊交叉方案见图４。综合以上因素，路线与管廊的交叉点基本唯一。
图４ 路线与管廊交叉示意图（单位：ｍ）３．２．２ 路线与新港铁路交叉点的选择
路线在终点附近上跨新港铁路桥，交叉点附近铁路桥跨径为２４．８ｍ和３２．６ｍ２种，铁路相邻接触网间距要求不大于５０ｍ。经与铁路管理部门多次沟通，路线与铁路交叉点定于相邻两跨跨径为２４．８ｍ区段，即刘大路东侧第三个桥墩处。铁路需取消２×２４．８ｍ桥梁中间一对接触网，以降低本项目上跨桥梁的高度，减小桥梁施工安全风险，便于铁路后期运营维护，路线与铁路交叉方案见图５。
图５ 路线与新港铁路交叉示意图（单位：ｍ）３．２．３ 连续Ｓ型曲线的运用
北岸接线起点范围受化工互通节点和管廊交叉点控制，中间段需绕避乙烯快速路与焦沙路之间多个家具厂和学校，终点段需与主航道桥轴线顺接。平面经反复试线，采用犚＝２２００ｍ（左偏）～犚＝１５００ｍ（右偏）～犚＝１５００ｍ（左偏）的连续Ｓ形曲线较好地解决了前述问题，同时使化工互通主线、跨堤桥、滩桥范围采用了相对较大的圆
２
４潘 丹：武汉青山长江公路大桥路线总体设计２０２１年第２期
曲线半径，保证路线与武惠堤正交，且缓和曲线不进入主桥边跨。
南岸接线采用犚＝４０００ｍ（右偏）～犚＝２２００ｍ（左偏）～犚＝１５００ｍ（右偏）的连续Ｓ形曲线，避让了花楼村居民区、田田生态园、春牧禽苗、农科院基地项目，避开拆迁费用较高的维尔福种苗基地，路线从拆迁难度相对较小的汉台农会中间穿过。设置连续Ｓ型曲线还达到了如下效果：北汊副航道桥采用不设超高圆曲线半径；缓和曲线不进入主桥边跨；路线与武湖堤、汉施公路正交；经过新港铁路交叉点；终点跨汉施公路后尽早与刘大路并线，与四环北段起点对接。有资料提出，对于不设缓和曲线的圆曲线与设置缓和曲线的反向平曲线径向衔接，条件受限不能设置直线时应对大半径圆曲线设置缓和曲线，并对缓和曲线参数加以限制［２ ３］。犚＝４０００ｍ（右偏）圆曲线终点从线形连续和运行安全的角度考虑设置了缓和曲线，缓和段设有８０ｍ＋１２０ｍ＋８０ｍ变截面连续箱梁跨武湖堤和江北快速路，该缓和段不设置超高渐变段［４］。
可见，当路线里程较短、平面控制因素较多、曲线间直线长度无法满足规范要求时，采用圆曲线半径比小于２、缓和曲线参数比小于１．５的均衡连续的Ｓ形曲线是一种较好的布线思路。
４ 路线纵断面设计
全线共设竖曲线变坡点６个，最大纵坡１．９３８％，最短坡长５０３．６ｍ，凸形竖曲线最小半径１６０００ｍ，凹形竖曲线最小半径１４０００ｍ，竖曲线占路线总长的４４．１１％，跨江段路线纵断面方案见图６。
图６ 跨江段路线纵断面布置图（长度单位：ｍ）
纵断面设计主要控制因素有：起终点标高、长江大桥通航净空、跨乙烯管廊与新港铁路的安全净空、交叉道路的净空等。纵断面设计还应考虑长江大桥结构及景观的要求，为两岸城市规划和发展预留空间，同时应满足平纵线形组合要求，保证行车安全、舒适、平纵指标均衡协调，避免出现各种不良线形组合。
长江大桥纵断面设计要点：①主桥纵坡宜对称布置，纵坡坡度宜控制在２％左右，竖曲线宜覆盖主跨范围，本项目主桥对称布置１．７９７％双向纵坡，凸型竖曲线半径２８０００ｍ；②主航道桥、副航道桥、堤外引桥标高分别为６４，４０，２３ｍ，桥面标高各相差１／３，形成纵面标高梯度，跨江段纵坡由南汊和北汊２个驼峰组成，桥梁景观效果好；③全线因设Ｓ形曲线存在多个超高缓和段，最小纵坡按照０．５％控制；④考虑长江大桥集中排水要求，尽可能减少凹曲线平坡段对桥面排水的影响，凹曲线半径不宜过大，合理控制切线长犜的长度；⑤桥下净空无限制路段，为获得良好的视觉效果和便于桥下空间利用，桥下净空按１０ｍ控制［５］；⑥本项目采用桥面径流截水管和地面处理
系统的分段集中排水设计方案，于南北岸大堤外侧及天兴洲上各设置３处集水处理池，对应处纵断面设置３处凹曲线，保证截流管在处理池上方形成与桥面同样的最低点，便于雨水收集［６］；⑦注重平纵配合和视觉效果。在两岸大堤附近及天兴洲段设置部分凹曲线，平曲线和竖曲线一一对应，利于引导驾驶员的视线。
５ 路线横断面设计
５．１ 标准横断面
本项目为双向八车道高速公路，桥梁标准横断面布置：０．５ｍ防撞护栏＋３．２５ｍ紧急停车带＋（４×３．７５ｍ）行车道＋０．７５ｍ路缘带＋２．０ｍ中央分隔带＋０．７５ｍ路缘带＋（４×３．７５ｍ）行车道＋３．２５ｍ紧急停车带＋０．５ｍ防撞护栏，桥梁总宽４１ｍ（不包括桥梁构造所需宽度）。
５．２ 路拱横坡的取值
ＪＴＧＤ２０－２０１７《公路路线设计规范》指出高速公路路拱横坡取值与所在地区的降雨强度相
３
４
２０２１年第２期潘 丹：武汉青山长江公路大桥路线总体设计
关，结合本项目所在区域降雨强度情况，路拱横坡采用２％。考虑大桥八车道超宽断面的排水需要，从以下方面对路拱横坡取值进行分析。
１）不同横坡对路线平面设计的影响。长江大桥依次跨南汊、天兴洲、北汊，南、北汊呈２７°夹角，主桥段平面为直线，受北汊副通航孔、武湖堤、新港铁路及沿线地物限制，主桥至北岸大堤段平面设犚＝４０００ｍ右偏平曲线，圆曲线起点与主桥直线径向相接，曲线不进入主桥范围（采用２％路拱横坡，设计速度１００ｋｍ／ｈ不设缓和曲线最小圆曲线半径为４０００ｍ）。如采用大于２．０％的路拱横坡，设计速度１００ｋｍ／ｈ不设缓和曲线最小圆曲线半径为５２５０ｍ，为保证曲线不进主桥范围，分别布设了犚＝３０００ｍ、犚＝４０００ｍ、犚＝５４４０ｍ等不同半径指标的平面方案，结论是采用大于２．０％路拱横坡，路线的平面布设与北汊通航孔、武湖堤、新港铁路，以及沿线地物等控制因素适应性均较差，会带来副通航孔桥和跨堤桥需要加大跨径、拆迁增加、铁路交叉节点调整、超高渐变处桥梁扭矩较大受力不佳等影响。
２）横坡对抗滑能力的影响。桥面设有横坡、纵坡，桥面雨水是沿合成坡度方向向两侧排出，在其他条件一定的前提下，桥面横坡的变化会导致桥面排水方向、排水历程发生变化，导致路表的水膜厚度发生变化，进而影响到路表的摩擦系数（抗滑性能），最终对行车安全性产生影响。作为影响安全性
的重要且可实测的指标，目前国内外对水膜厚度及影响因素展开了研究，国内规范如《公路沥青路面设计规范》、《公路排水设计规范》［７］有所提及，重庆交通大学及空军工程大学进行了相关专题研究［８ ９］，相关资料表明，横坡由２％增大至２．５％，水膜厚度变化较小，对摩擦系数降低影响较小；即横坡取２％，２．５％在极端暴雨情况下的路面抗滑能力差别不大。
３）验算桥面排水方案。项目所在区域多年平均降雨量约为１２００ｍｍ，设计降雨重现期取２０年，降雨历时取１０ｍｉｎ，根据２０００年修编的汉口地区暴雨强度计算公式得设计暴雨强度为５０３Ｌ／（ｓ·ｈｍ２）。主桥范围内桥面雨水通过横坡汇集至主梁外侧风嘴顶面的集水槽（宽０．４ｍ×高０．５ｍ），再通过纵坡排至梁端接入地面沉淀池，集水槽外侧板高出风嘴顶面１０ｃｍ，中跨（边跨）每隔３０ｍ（１１．４ｍ）左右在集水槽侧板开设泄水口，雨水超过流量部分直排入江；其余桥跨段落在紧贴外侧防撞护栏设置宽０．３ｍ×深０．１ｍ钢制纵向排水沟，设计采用二级排水（收集＋直排），桥面泄水孔间距４ｍ，每隔２个二级排水直排泄水孔设置１个一级排水的集中收集泄水孔；横向排水管采用直径２００ｍｍ钢管，纵向排水管采用直径２００ｍｍＰＶ管，雨水收集至桥墩处接入地面排水系统；经验算桥面排水方案满足需要。
考虑前述三点，路拱横坡采用２％更利于平面布设、不同横坡（２％，２．５％）对桥面抗滑能力影响不大、横坡２％对应的桥面排水方案满足需要，同时经调研国内已建及在建的八车道高速公路多采用２％路拱横坡，综合考虑确定本项目路拱横坡采用２％。
６ 结语
本项目是武汉市四环线的重要组成部分，是连接四环东段和北段的跨江控制工程，桥位处建设条件复杂，路线总体方案布设控制和影响因素多。本项目路线总体设计充分考虑路线与相邻路段的顺适衔接，保证与已建及规划道路的合理连接、与片区规划路网协调一致，符合河势、防洪、通航的要求，灵活运用线形指标，尽量减少拆迁，线形设计兼顾特大跨径桥梁的结构设计和景观要求，做到了平面顺适、纵面均衡、复杂交叉节点桥跨布置合理。
本文从路线平、纵、横等方面对路线总体方案研究过程进行了分析，就过江通道选择、桥轴线拟定、连续Ｓ形曲线布设、跨江段纵面设计及路拱横坡设置等问题进行了详细的阐述，可为同类特大型桥梁工程的路线总体设计提供借鉴和参考。
参考文献
［１］ 王学成，潘维宗，钱远顺，等．高速公路跨河大桥对防洪的影响评价［Ｊ］．水利规划与设计，２０１７（１）：７０
７３．
［２］ 公路路线设计规范：ＪＴＧＤ２０－２０１７［Ｓ］．北京：人民交通出版社股份有限公司，
２０１７．
［３］ 交通部公路司．新理念公路设计指南［Ｍ］．北京：人民交通出版社，２００５．
［４］ 杨洋，李莉莉．国内外公路超高设计对比分析及其应用研究［Ｊ］．中外公路，２０１８（３）：７ １３．
［５］ 蔡道平，胡喜．浅谈主城区快速路路线设计［Ｊ］．交通科技，２０１３（２）：１５１ １５３．
［６］ 马松江．环保约束下基于污染物浓度数学模型的长大桥梁排水设计研究［Ｊ］．公路交通科技（应用技术
版），２０１９（１０）：３２６ ３３１．
４
４潘 丹：武汉青山长江公路大桥路线总体设计２０２１年第２期
发布评论