岳阳洞庭湖第二大桥方案研究

岳阳洞庭湖第二大桥方案研究陈明宪（湖南省交通厅湖南长沙410011）摘要：围绕岳阳洞庭湖二大桥前期工程方案论证决策过程，首先阐述岳阳洞庭湖二大桥桥位建设条件、控制因素以及工程可行性研究阶段进行比选的工程方案，然后从大桥技术可行性、河工模型试验结果、阻水影响、航运及投资五个方面论证了本项目公铁分建的可行性与必要性。

同时，结合国际桥梁建造技术的发展介绍了岳阳洞庭湖二大桥前期科研工作概况。

关键词：岳阳洞庭湖二大桥悬索桥建设条件方案论证专题研究1 工程概况岳阳洞庭湖二大桥位于洞庭湖长江入口处，东起岳阳，西接君山，是杭瑞高速公路临湘（湘鄂界）至岳阳公路的控制性工程，也是我国承东启西的重要公路运输通道。

大桥上游距岳阳洞庭湖大桥3km，下游距拟建的荆岳铁路洞庭湖大桥2km。

本项目工程可行性研究于2008年7月开始，2008年12月完成初稿。

2009年1月，湖南省发改委组织召开了本项目的工可报告评审会。

经讨论研究，推荐了北线1800m单跨悬索桥公铁分建方案。

2008年底，荆岳铁路工可研报告的编制过程中，铁路设计部门提出了跨洞庭湖大桥的公铁合建方案，本项目随即开展了公铁分建与合建方案的论证工作。

湖南省政府、交通厅高度重视，多次组织相关职能部门、设计及研究单位进行协商，组织召开了专家咨询会，广泛听取国内外专家意见，并取得共识。

基于近一年的专题研究、模型试验、专家咨询及评审会等论证工作，综合考虑行洪，通航，地质、环境以及运营、管理，站在历史的角度本项目最终推荐了公铁分建方案，主桥采用了2008m双跨悬索桥方案，其主跨将超过1991m的日本明石海峡大桥，成为世界上最大跨径的桥梁。

大桥桥位区卫星影像图见图1。

图1 桥位区卫星影像图2 建设条件2.1 水文洞庭湖蓄纳四水，吞吐长江，仅有城陵矶一个出口，历年均是我国防汛抗洪形式最严峻的区域。

洞庭湖北面有淞滋口、太平口、藕池口、调弦口四口分泄长江来水，西南有湘水、资水、沅水、澧水四水汇入，湖区周边还有汨罗江、新墙河等中小河流直接入湖，经湖泊调蓄后，只有城陵矶一个出口注入长江，构成复杂的江湖关系。

洞庭湖区水面由于自然演变、泥沙淤积及人类活动的影响，湖泊面积、容积逐渐减小，从我国第一大淡水湖，降为第二。

城陵矶的水位流量关系既受四口、四水来水来沙的影响，又受下荆江系统裁弯导致的荆江流量泥沙过程再分配的影响。

三峡工程的建成对洞庭湖的来沙、水位的影响更大。

桥址河段历来是国家防汛抗洪的关键位置，水利影响是桥梁建设的决定性因素。

岳阳洞庭湖二大桥拟选桥位位于洞庭湖出口洪道北门渡口下游约4km 。

洪道上自南津港下至城陵矶长约12km 。

君山岸为广阔的芦苇滩地，高洪水时水流漫滩与荆江来水连成一片，岳阳岸岳阳至城陵矶有山咀矶头控制河势。

洞庭湖出口洪道属顺直型河段，北门渡口以上长约4.5km ，呈上宽下窄喇叭状，入湖段贮木场上游700m 处，平滩水面宽近7000m 。

以下河槽宽度变化不大，平均河宽约1350m 。

洪道出口为长江荆江与洞庭湖交汇段，形成复杂的江湖关系，其工程河段河势图见图2。

图2 工程河段河势图桥位附近有七里山水文站。

该站是监测洞庭湖出口的重要控制站，国家重要报汛站，位于洞庭湖出口与长江汇口以上3.5km 。

七里山水文站于1904年1月1日由海关设立，至1949年期间多次撤消、恢复，水文站观测资料年限为1904～1938和1946至今。

水文站测流断面与桥位的关系见图1。

2.2 通航桥址区城陵矶河段属湘江航道，自古以来就是湖南省的黄金水道，既是湖南省航道体系的骨干航道，也是沟通长江与珠江两大水系的通道，是进出湖南的唯一航道。

桥址区水运繁忙，码头林立，船只繁多 ，常年停泊船只达300余艘。

湘江航道湘阴至城陵矶航段的货运密度，预计2020年将达到1.323亿吨，是湖南省水运量密度最大的航段，见图3。

图3 繁忙的航道、锚地桥位跨越七里山港区，下游1.5km 为城陵矶港区，下游4km 为松阳湖港区。

桥址区码头林立，航运繁忙，桥址区所在的七里山港区分布有大小16个码头。

城陵矶港区（七里山港区）附近就是港区重要的锚地，锚地水域面积188.4万平方米，港区锚地资源非常紧张，七里山港区现状见图4。

图4 七里山港区现状2.3 地质据区域地质资料和工程地质调查，本勘察区在区域构造分区上与洞庭湖及江汉平原连成一片，属于喜马拉雅期坳陷区，两岸覆盖层较浅，东岸为硬塑状黏土厚约14m ，西岸为砂土厚约35m ，两岸基岩为泥质板岩与砂质板岩，岩体较完整，承载力较高，埋深5.5～29.5m，是大跨径桥梁较理想的基础持力层。

同时，地质勘察资料及原岳阳洞庭湖一大桥施工揭示，桥位区主河槽地质条件较复杂，有F4断层穿过，因此，若在主河槽设置桥墩，基础施工难度较大、造价较高。

2.4气象桥址区地处中亚热带向北亚热带的过渡地带，年平均气温17.9℃，极端最高气温41.0℃，极端最低气温-11.8℃。

年平均降水量1200～1302毫米，无霜期258～275天。

年平均风速1.9m/s，查《公路桥梁抗风设计规范》（JTG/T D60-01-2004）岳阳地区海拔高度53.0m，10年重现期基本风速20.3m/s，50年为25.6m/s，100年为27.2m/s。

2.5 地震《地震安全性评价报告》显示该工程场地所处的区域和近场区地震地质构造环境相对稳定，未来100年内存在发生5～6级地震的可能性，发生6级以上地震的可能性较小。

地震地质灾害调查与分析结果表明，场地内构造与地层结构较简单，无全新世活动断裂通过场址，适宜拟建工程项目的建设。

工程拟按100年基准期、2%超越概率水平设防，可取地震动峰值加速度0.10g，地震动反应谱特征周期为0.35S，按地震基本烈度7度区进行抗震设计。

3 工程特点(1)行洪要求高桥位位于洞庭湖入长江口，历年均是我国防汛抗洪形势最严峻的区域，行洪要求高。

(2)通航要求高桥址位于湖南内河入长江的必经之路，水运繁忙，码头林立，船只繁多，通航要求高。

（3）灵活的采用双跨悬索桥结构大桥岳阳岸边跨位于大堤内侧施工方便，而君山岸侧地处洞庭湖入江口主河槽边的河漫滩，洪水期是行洪的重要通道。

结合桥位处地形，大桥灵活的采用了双跨连续悬索桥结构，以较大边跨跨越河漫滩，降低了大桥对行洪的影响。

(4)环境与景观要求高大桥毗邻东洞庭湖国家级自然保护区和国家重点风景名胜区，一桥飞跃洞庭湖的奇观，一方面与岳阳楼、君山等自然景观相得益彰，显示出磅礴的气势，并与独特的自然景观相辉映，为岳阳洞庭湖景区增添了新的人文景观，进一步提升了岳阳的旅游价值；另一方面，桥梁方案采用大跨径，减少水中构造物的数量，减少水中施工对水体、环境可能造成的污染和破坏。

(5) 工程规模浩大本项目桥梁全长23.26km，跨越洞庭湖区桥梁长度6.52km，工程规模居我国内陆桥梁之首，特别是主桥采用2008+664m双塔双跨悬索桥，无论是大桥的设计、施工与组织管理都将面临诸多难题。

4 工程方案4.1分建方案公路桥桥型方案大桥桥位区是洞庭湖进入长江的狭窄通道，也是湘北水陆交通的咽喉地段，其防洪等级高，通航标准高，地质条件复杂；大桥西接君山区建设农场，北临长江，南向东洞庭，整个区域桥位资源稀缺。

桥梁孔跨布置必须满足水利、防洪、航运、桥梁合理跨度等方面的要求，大桥桥型的主要控制因素如下[1]：1）桥址区每年均是湖南，乃至全国抗洪防汛形式最严峻的区域，该区域陆续建成三座桥梁，对敏感地带的泄洪有更加严格的要求。

北线推荐桥位处于洞庭湖出口处，距离城陵矶出口仅3.6km，是泄洪的敏感区域。

汛期滩地上是重要的泄洪通道，泄洪通道的畅通直接影响长江、洞庭湖的水位，本区域紧系湖区及长江两岸人民的生命线。

大桥《防洪评价报告》指出“……1350m 主河槽范围泄洪能力占整个通道的90%以上，”在此条件下在，1350m主河槽内不能布置墩、塔，同时，靠近主河槽侧滩地宜采用较大跨径结构跨越。

2）桥位处航道为是湘北门户，是湖南内河进入长江必经之路，水运繁忙，船只繁多。

《通航论证报告》指出“......每天都有大量5000 吨级船舶通过该水域，来往船舶繁多、吨位大。

......每天在此过驳的船只达几百条，能供通航的航宽十分有限。

”因此，1350m主河槽内不宜设墩，以减小其对航道、码头和锚地的影响，降低船舶撞击桥墩等事故的几率。

3）地质勘察资料及原岳阳洞庭湖一大桥施工揭示，桥位区主河槽地质条件较复杂，有F4断层穿过，基础存在不良地质条件下施工难度较大、造价较高的风险，因此1350m主河槽范围内不宜设置桥墩。

4）岳阳洞庭湖二大桥位于下游规划中的荆岳铁路桥与上游已建岳阳洞庭湖大桥之间，桥位控制点见图5。

受城市密集区和氮肥厂厂区的影响，岳阳岸桥位不太可能选择在码头上游的位置；而受水文站的影响，君山岸桥梁不能影响七里山水文站的测流断面，所以桥位也不能布置在下游；受荆岳铁路的影响，两者距离太近会增大阻水面积，增大行洪隐患；同时应尽量以最短的距离跨越泄洪区，故采用线位与主河槽轴线斜交跨越主河槽，斜交角度为57°，因此需要1800m 左右的跨径方可一跨跨越主河槽。

图5 桥位区控制点跨方案及桥梁施工方案需考虑不能对其产生重大影响。

桥梁方案应当尽量采用大跨径，减少水中构造物的数量，减少水中施工对水体、环境可能造成的污染和破坏。

通过多次与水利、环保、地方政府等职能部门协商，并召开多次专家咨询会，确定的岳阳洞庭湖二大桥推荐方案为2008+664m 双塔双跨钢箱梁悬索桥，跨洞庭湖滩地引桥为50m 现浇连续箱梁，跨洞庭湖段桥梁长度6922m 。

主桥桥型方案见图6。

4.2分建方案铁路桥梁荆岳铁路是国家中长期铁路网规划2008年调整的规划项目，起自湖北荆州，经湖北的江陵、公安、石首，湖南的华容县，止于岳阳市。

线路全长177公里，按I 级单线铁路标准建设，大桥按双线考虑，设计时速160km/h 、平面预留200km/h 条件。

荆岳铁路项目于今年4月份获得了国家发改委预可报告批复，工可报告也已经于今年7月份上报国家发改委。

荆岳铁路推荐线路同样于七里山跨越洞庭湖，公路线位与铁路线位关系见图1。

根据《新建荆州至岳阳新建铁路线可行性研究》，铁路单建跨洞庭湖大桥主桥为5 方案论证5.1 分建方案2008m 跨公路悬索桥技术可行性悬索桥其主要承重结构缆索在受力时截面均匀受拉，材料得到充分利用，是目前桥梁跨越能力最强的结构型式。

随着桥梁设计和施工水平的不断提高，现代悬索桥的跨度记录不断被刷新，保持了近20年世界记录的英国 Humber 悬索桥（1410m ），接连被丹麦 Great Belt 悬索桥（1624 m ）和日本明石海峡桥（图8）所超越[2]，世界大跨度悬索桥一览表见表1。

新一轮设计和建造更大跨度悬索桥的热浪正在世界各地酝酿之中，其中，日本建设省土木工程研究所正在进行2800m 跨度的悬索桥全桥气弹模型风洞试验和抗风设计研究，意大利Messina 海峡一跨过海的可行性方案采用了3300m 跨度的悬索桥（图9），而跨越Gibraltar 海峡的规划中更是出现了3550m 的悬索桥。