南沙大桥(Nansha Bridge),原称虎门二桥,是链接
广州市与东莞的
跨海大桥,耗资111.8亿,全长近12.891公里,双向8车道,设计时速100公里,路线起于广州市南沙区
东涌镇,先后跨越
珠江大沙水道、
海鸥岛、坭洲水道后,穿越
东莞港,终点与东莞市
沙田镇相接。
2013年6月,中国国家发展和改革委批复虎门二桥工程的立项申请;9月,中国交通运输部批复虎门二桥项目初步设计方案。12月28日,虎门二桥正式开建,一座万众瞩目的桥梁从珠江口开始了跨越的征程。
2019年4月2日,虎门二桥正式开通运营,全桥最终更名为“南沙大桥”。4月25日,南沙大桥海鸥岛收费站建成使用、沙田立交桥至厚街立交桥段建成通车,至此,南沙大桥全线开通运营,在东莞市境内成为广深沿江高速公路与沈海高速公路(京港澳高速公路共线段、原广深高速公路厚街段)的联络线。
2020年5月5日,虎门大桥发生异常晃动,全桥封闭禁止通行,过江车辆需绕行南沙大桥。2022年,虎门二桥获得2019年度公路水运建设“平安工程”冠名项目。
建设历程
1997年7月1日,作为对香港回归的献礼,横跨珠江口东西岸的首座大桥——
虎门大桥横空出世。2003年,
广东省交通厅启动东莞厚街至番禺东涌高速公路预可行性研究。2007年,莲花山大桥(即虎门二桥前身)项目业主公开招标工作展开。2008年,
广东省政府、广东省交通厅明确莲花山大桥由广东省交通集团有限公司负责投资建设和经营。2009年,广东省交通厅召开《虎门二桥工程可行性研究报告》评审会,将项目名称定为“虎门二桥”。同年,虎门二桥工程启动设计招标。
2013年6月,中国国家发展和改革委批复虎门二桥工程的立项申请;9月,中国交通运输部批复虎门二桥项目初步设计方案。12月28日,虎门二桥正式开建,一座万众瞩目的桥梁从珠江口开始了跨越的征程。
2014年4月30日,虎门二桥主桥工程项目合同签约仪式在
广州市举行,大桥全面进入施工阶段。2015年7月22日,广东省交通集团发布消息,广东省重点项目虎门二桥的建设近日取得阶段性进展,该项目的大沙水道桥东塔承台日前完成施工,这标志着虎门二桥工程建设顺利“出水”,逐步转入塔身施工阶段。2016年10月9日,虎门二桥主桥、塔、锚基础工程已完成,全面进入主塔和锚锚体施工阶段。
2017年6月16日,虎门二桥全面转入
悬索桥缆索施工阶段。2017年9月26日,随着坭洲水道桥主缆的第一根索股在卷扬机钢丝绳的牵引下,历时3个小时,从西锚碇经西主塔、东主塔顺利到达东岸锚碇,标志着虎门二桥主缆架设工程正式开始。2018年1月9日,虎门二桥大沙水道桥完成合龙;5月25日,由
广东交通集团建设的“
粤港澳大湾区”重要交通基础设施项目虎门二桥取得重大建设进展。作为虎门二桥的一座主桥,跨径1688米的坭洲水道桥顺利合龙。11月20日上午,随着粤港澳大湾区重要过江通道——虎门二桥最后一片节段箱梁成功架设,全长12.89公里的主线全面贯通。虎门二桥预计2019年5月通车,届时从东莞到
番禺区比现在缩短30分钟车程,将有效缓解
虎门大桥的通行压力。
2019年3月14日,虎门二桥项目大沙水道桥顺利完成动静态荷载试验。此前3月12日,虎门二桥坭洲水道桥已完成荷载试验。3月26日,
广东交通集团发布消息,虎门二桥项目计划于2019年4月2日下午正式通车;4月2日,虎门二桥正式开通运营,全桥最终更名为“南沙大桥”。4月25日,南沙大桥
海鸥岛收费站建成使用、沙田立交桥至厚街立交桥段建成通车,至此,南沙大桥全线开通运营,在
东莞市境内成为广深沿江高速公路与
沈阳—海口高速公路(
G4共线段、原
广州—深圳高速公路厚街段)的联络线。
桥梁位置
虎门二桥是连接
珠江三角洲中部核心区的重要过江通道,路线自东涌镇起,连接广州绕城公路南环和
广州—澳门高速公路,经
番禺区石楼镇,止于东莞
沙田镇,接广深沿江高速公路。
2019年3月26日,
广东交通集团发布消息称,虎门二桥(也称南沙大桥,下称南沙大桥)计划于4月2日正式通车。南沙大桥位于
粤港澳大湾区,全长近13公里,路线起于
广州市南沙区
东涌镇,先后跨越珠江大沙水道、
海鸥岛、坭洲水道后,穿越
东莞港,终点与东莞市沙田镇相接。
建筑设计
建筑结构
南沙大桥横跨
珠江坭洲水道和大沙水道,拥有两座超千米的特大桥,全部为双塔
悬索桥,桥面由整体式钢箱梁组成,宽达49.7米,可容纳八车道高速通行,是世界上最宽的悬索桥整体式钢箱梁结构。南沙大桥中的坭洲水道桥是世界上主跨长度最长、钢箱梁结构最宽的悬索桥,
GSI建造的3台500吨缆载吊机分别负责中跨及西边跨的钢箱梁吊装工作。
南沙大桥全长12.891千米,其中坭洲水道桥主跨1688米、西边跨658米、东跨522米;大沙水道求单跨1200米。坭洲水道桥塔高260米,大沙水道桥塔高193.1米。引桥每跨30米至62.5米,墩高10米至65米。坭洲水道桥共有两根主缆,总重约30120吨;每根主缆由252根通常长索和6根背索组成,每根索股包含127根直径5毫米高强镀锌钢丝,标准强度1960兆帕;该桥锚碇地连墙外径90米,壁厚1.5米。大沙水道桥亦有两根主缆,每根主缆长约2171.9米、重约7875.4吨;每根主缆有169根通长索股,每根索股包含127根直径5.2毫米锌铝合金镀层钢丝,标准强度1770兆帕;该桥锚碇地连墙外径82米,壁厚1.5米。
坭洲水道桥跨径布置为658m+1688m+522m(钢箱梁长度为548+1688),矢跨比1/9.5。在西塔处加劲梁连续,为半漂浮体系,东边跨为锚跨,西边跨和中跨均采用悬吊体系,过渡墩设限位拉索约束主缆位移。主梁方案采用整体式钢箱梁,梁高4m,宽44.7m,主缆横向间距42.1m;
索塔高260m,设三道横梁。哑铃形承台厚7m,64根φ2.8m群桩基础。主缆通长索股有252股,西边跨另设6根背索,索股由127丝、φ5.30mm高强钢丝组成。锚体顺向长73.5m,横向为整体式,外轮廓宽68m。地连墙外径90m。
大沙水道桥为单跨吊
悬索桥,跨径布置为360+1200+480m,矢跨比1/9.5。主梁断面与坭洲水道桥相同。索塔高191.1m,设两道横梁。哑铃形承台厚6m,52根φ2.5m群桩基础。主缆有169股,索股由127丝、φ5.20mm高强钢丝组成。锚体顺桥向长66.5m,横桥向为分离式,单体外轮廓宽23m。地连墙外径82m。
设计参数
设备设施
海鸥岛收费站
海鸥岛站包括3个广场,共设置4条入口车道,5条出口车道,其中出口有2条自助收费车道。为优化运营管理体系,海鸥岛站在设置人工收费的同时,引入无感收费体系,设置全车型自助缴费终端。支持客车交易与货车计重交易,支持现金支付、电子扫码支付、ETC卡支付(
粤通卡)等多种支付方式。
照明设备
大桥全线采用桥梁方案,包含两座超千米的世界级跨江特大桥,分别是主跨1200米的大沙水道桥和主跨1688米的坭洲水道桥。大桥照明工程主要分桥梁道路照明和主桥景观照明。全线共设643杆12米高单臂钢杆路灯,灯杆布设间距25.6米(主桥钢箱梁段)和30米(引桥段),两侧对称布置。大桥的照明系统由643盏路灯和3194盏景观灯共同组成,全面应用LED灯具,在保证照明的前提下尽可能节省能耗。路灯为12小时照明,每天晚上6时至次日早上6时亮灯,景观灯计划在节假日时,每天亮灯4小时,每天晚上6时至10时亮灯。
智能设备
南沙大桥管理方在原有系统的基础上,引入“高速慧眼”智慧监控技术,通过浮动物流车车载摄像头智能AI发现交通事故、行人上高速、抛洒物、占道违停、占道行驶、施工、拥堵、车辆故障等路面异常事件,可适当补充在夜间无光环境下的事件检测,提高路面异常事件发现率,降低路面行车隐患。除此之外,南沙大桥还有巡查、保畅的“利器”——
无人机,它是化解道路交通安全风险的重要助手。利用无人机巡查可以发现并对轻微事故用喊话功能、协助交警处理交通事故,发现不按车道行驶、违法行驶应急车道等行为,提供给交警部门进行处罚,辅助路面施工及桥下空间巡查。
安全设施
南沙大桥设置了两条小客车专用通道,实施客、货分道行驶。大桥两侧护栏处每隔80米处安装有应急灭火器,主桥两侧每隔500米设有一部紧急电话分机。
建设成果
技术难点
南沙大桥地处湿热高温地区,钢箱梁桥面铺装必须具有足够的耐久性、耐温性和抗滑性能,以确保巨大交通流量下的交通安全。华南理工大学道路工程研究所在铺装设计阶段通过深入研究和反复比选,提出采用热拌式
环氧沥青铺装体系的方案。该铺装技术由
华南理工大学土木与交通学院教授
张肖宁首创,经过二十年的深入科研攻关,已经形成了完善的设计体系,并在国内多项工程中应用。由于本次铺装面积巨大、难度高,张肖宁教授组织的团队,历时一年多,经过数十种材料比选与试验评价,选择了合适的原材料和配合比例方案。张肖宁把这个过程形象地比喻为“量米下锅做饭”,把工地现有的材料最优性能化,最大限度地发挥工地材料的性能,在节省用料的同时也提高效率,并且保证混合沥青混凝土的质量。
“钢箱桥梁路面铺装,是整座桥施工最精细的部分,而钢箱梁铺装工程进度会直接影响大桥整体施工进度和通车日期。”张肖宁介绍,为了保证摊铺过程不出现偏差,施工之前要事先设计好工作时间,时间要精确到分秒,具体用料、铺装速度等各种数据都要十分精确。另外,为避免施工过程受到降雨的影响,还需要通过雷达图预估降雨时间。为了保证项目钢箱梁桥面铺装的工程质量,在张肖宁的主持下,华南理工大学道路工程研究所与肖宁道路工程技术研究事务所共同承担了钢桥面铺装的质量技术与质量控制的研究工作。在施工全过程中,该联合团队采用国际上领先的三维探地雷达法控制钢桥施工厚度与均匀性,通过对铺装层进行全断面厚度检测,以
大数据的方式获得钢桥铺装层的实际厚度分布,为厚度控制与改善提供数据支撑。
经过工程实践证明,
张肖宁团队的设计科学合理,技术先进,打破了国外同行在类似铺装工程中材料设计的局限。同时,已完成
环氧沥青铺筑的钢桥面,其耐久性、高温稳定性、低温稳定性、水稳定性、密水性、及抗滑性能等均满足设计要求,克服了环氧铺装的质量通病,达到了预期目标。
科研成果
1960MPa高强度钢丝主缆索股技术研究
2013年12月28日,南沙大桥开工动员大会在广州南沙
东涌镇举行,大桥正式动工。2014年初,根据国内多位专家的建议,虎门二桥项目建设单位将“1960兆帕钢丝悬索桥主缆索股技术研究”作为“南沙大桥建设关键技术研究”内容之一,及时启动了“1960兆帕钢丝研制和在南沙大桥悬索桥主缆应用”的调研工作。
研发应用可更换多股成品索预应力锚固系统
形成了可更换多股成品索式锚碇预应力锚固系统的施工安装工艺,试验验证了多股成品索式锚碇预应力锚固系统的更换工艺。
大规模实施装配化生产
上部结构大量采用工厂化预制、现场拼装的方式,预制结构占上部结构产值超90%。主桥索鞍、索夹、钢箱梁、主缆、锚固系统、引桥节段、小箱梁等均采用工厂化制造,现场拼装工艺,提升工程质量,降低安全风险。
创立建管养一体化BIM管理平台
在交通行业内率先开展特大型桥梁BIM+应用技术研究。平台具备管理可视化、信息同步化、数据可追溯等多项功能,实现了信息实时互联互通,极大提升项目的整体管理水平,打造“智慧工地”。
世界纪录
南沙大桥坭洲水道桥钢桥面全幅环氧沥青混凝土下层铺装作业1.1公里,首创一次摊铺面积超过20000平方米的世界纪录。
易抗强风的整体式钢箱梁
坭洲水道桥结构整体
阻尼比小,刚度柔,桥位处颤振检验风速为63m/s,低于
明石海峡大桥(78m/s)和西门大桥(79m/s)等外海桥位风速,可以探索通过改善主梁气动外形,实现结构整体抗风稳定性是最有效的方法。本项目通过反复试验研究,不断优化,最终确定采用整体式钢箱梁。梁宽44.7m,两侧各设2.5m导流板(兼作检修道),主缆横向间距42.1,梁高4m,斜底板与平底板夹角17.3度。
根据风洞试验报告,成桥状态颤振临界风速为78m/s,远大于检验风速63m/s;并且没有出现明显的竖弯或扭转涡激振动,满足抗风要求。优化气动外形后的整体式箱梁,可以同时解决颤振和涡振问题,而且具有重量更轻,桥梁规模更小,造价更经济的特点。
深中通道
伶仃洋大桥为主跨1666m
悬索桥方案,颤振检验风速高达83.5m/s,也继承南沙大桥采用了类似的整体钢箱梁设计。在与南沙大桥钢箱梁外形基本一致的基础上,中央分隔带内增设上中央稳定板,考虑检修道轨道兼顾下稳定板功能。南沙大桥开启的整体钢箱梁创新设计,经伶仃洋大桥的经验说明:整体钢箱梁颤振临界风速已经达到88m/s。这样的能力已经可以适用绝大多数大跨悬索桥。
合理结构体系及关键装置研发
大桥结构系统采用了静力限位-动力阻尼约束体系。即静力工况下:在一定行程范围d内塔梁间自由变形,当达到某一指定相对位移时,塔梁相对运动受到约束而限制主梁纵向变形;动力工况下阻尼器在其冲程范围内正常工作。
针对静力限位阈值d、限位
刚度K、阻尼系数C、指数α开展研究,确定了大桥静力限位-动力阻尼约束体系的最优参数,解决了南沙大桥(原虎门二桥)纵向梁端位移大的技术难题。
南沙大桥首次研发了碟形弹簧与动力阻尼组合的新型减震抗风支座,弥补了因传统抗风支座与主梁之间存在一定的间隙,容易在大风、地震等作用下发生撞击的缺点,改善了桥梁横向静动力受力性能。
智能排水出良效
南沙大桥首次使用了桥面智能排水系统。智能排水系统由电控箱、紧急控制按钮、电磁阀机构、预制式线性排水沟等部分组成。暴雨来临时,雨水快速流入排水沟内,经泄水口排走。
当桥面有污染物泄漏时,桥上智能排水系统启动,现场人员通过按下护栏上的紧急控制按钮,关闭桥面相关污染区域的泄水口;或中央控制室人员通过监控观察到污染事故发生,远程操作关闭桥面相关污染区域的泄水口,确保污染物流入排水沟槽内并储存,同时通知相关单位进行桥面污染物处理。待污染物处理完毕后,现场相关人员可通过污染区域内的紧急控制按钮,或中央控制室人员通过远程操作,打开原污染区域内的排水阀,并解除警报。
运营情况
票制票价
2019年3月18日,
广东省人民政府发布称,同意虎门二桥交工验收通车和收费站收费设施经验收符合省联网收费技术要求后开始收费,收费车型按国家统一标准进行分类,1至5类车的收费系数分别为1、1.5、2、3、3.5,客车实行按次计费,东涌互通立交至
海鸥岛互通立交段收费标准为18元/标准车次,海鸥岛互通立交至沙田互通立交段收费标准为24元/标准车次;货车实行完全计重收费,东涌互通立交至海鸥岛互通立交段基本费率为0.54元/吨公里,海鸥岛互通立交至沙田互通立交段基本费率为0.77元/吨公里。
交通流量
2019年4月4日,南沙大桥(虎门二桥项目)在开通后首次单日车流量突破10万车次。4月5日至7日(清明假期),南沙大桥日均车流量达到7.5至8万辆次。2020年5月1日,南沙大桥车流量约20.58万辆次。
荣誉奖项
特色与价值
建设南沙大桥的意义不仅在交通,更在于价值创造。南沙大桥投入使用,让超负荷运转多年的
虎门大桥的压力得以解,
粤港澳大湾区交通更加通畅,环珠江口优质资源配置将更高效合理;出行成本降低,有助于加速珠三角地区创新要素顺畅流动,大科学装置及平台与人才密集度必将迎来重大创新的嬗变与爆发式突破。同时,也为南沙迎来历史性的发展机遇——交通的瓶颈一旦突破,南沙区位优势、土地成本优势、空间容量优势、自贸片区优势的吸引力大增,各种资源要素将迅速注入南沙这块价值洼地。
建设超级工程,不仅是经济实力的体现,更是科技水平的考验。南沙大桥拥有诸多“第一”:坭洲水道桥为双塔双跨,主跨1688米,钢箱梁
悬索桥世界第一;90米锚碇地下连续墙基础直径为世界第一;主塔高260米,相当于90层楼的高度,成功研制1960MPa缆索钢丝并大规模生产,促成我国桥用高强钢丝生产技术跃居世界领先水平。
南沙大桥的通车,结束了南沙
东涌镇、
东莞沙田镇两地隔江相望的历史,让两地来往更加便利、交流更加密切,给两地民众带来实实在在的幸福感。同时,距离缩短之后,大大降低两地企业的物流成本,让企业直接受惠。作为一座地处
粤港澳大湾区的大桥,其民生意义不只局限于两岸居民与企业,更不要说这座大桥的直接受益者,它缓解了
虎门大桥堵车问题,连经过虎门大桥者也间接受惠。