泰州大桥工程概况

1.1　泰州大桥工程概况

1.1.1　工程简介

泰州长江公路大桥（简称“泰州大桥”）位于长江两岸的泰州市和镇江、常州市之间，东距江阴长江公路大桥57km，西距润扬长江公路大桥66km，由北接线、跨江主桥、夹江桥和南接线四部分组成，全长约62km。起自泰州宣堡镇西，接宁通高速公路，跨越长江北汊主江、扬中、南汊夹江，讫于沪宁高速公路汤庄枢纽。

泰州大桥跨江大桥采用跨径为2×1080m的“三塔两跨”悬索桥桥型方案，系世界第一，且为世界首创，其结构体系为世界桥梁技术前沿的突破性创新。

图1－1　泰州大桥效果图

1.地理位置及建设意义

泰州大桥是江苏省“五纵九横五联”高速公路网和国家《长江三角洲地区现代化公路水路交通规划纲要》中的重要组成部分，也是江苏省规划建设的11座公路过江通道之一。泰州大桥位于长江江苏江段的中部，直接连接着北京至上海、上海至西安和上海至成都三条国家高速公路，在长江三角洲地区和江苏省的高速公路网络中起着重要的联络和辅助作用。

泰州大桥主要为长江两岸泰州、常州、镇江之间的区域交通服务，并兼有沟通南京、南通之间东西向交通的功能。在五峰山通道建成通车之前，泰州大桥还可以兼顾一定的南北向交通。建设泰州大桥有利于进一步完善长江三角洲地区和江苏省的高速公路网络，加快长江三角洲地区和江苏省的高速公路建设。对完善国、省干线公路网，加强大江南北和泰州、镇江、常州等市的交流，促进长江两岸区域经济的均衡发展和沿江开发的发展，改善长江航运条件具有积极作用，同时对拉动经济增长、促进旅游业发展等也具有重要意义。

图1－2　泰州大桥地理位置图

2.线路走向

泰州大桥工程项目路线起自泰州宣堡镇西，接南通至南京高速公路，向西经高港区口岸镇、永安镇东，在田河东跨宣堡港，在福兴庄东与S336交叉，于新堂圩附近与江北沿江高等级公路交叉，在永安洲镇三水厂下游约1km处跨越长江进入扬中市。

图1－3　泰州大桥线路走向图

路线在扬中市东穿过，经变电所北，跨S238及扬中市西南环相交处，向西于小泡沙西端跨长江夹江，经姚桥镇北，与五峰山通道接线相交于姚桥枢纽。在此处路线折向南，从界牌镇西穿过，跨丹界公路；向南跨越浦河进入常州境内，跨新孟河、S238、S338，经安家镇西，终于沪宁高速公路汤庄枢纽。

3.工程规模

泰州大桥工程为国家审批项目。该项目由北接线、北汊跨江主桥、扬中接线、南汊夹江桥和南接线五部分组成，起自宁通公路，跨越长江北汊主江、扬中、南汊夹江，讫于沪宁高速公路，全长62.088km。其中：

北汊跨江主桥工程：北汊跨江主桥采用2×1080＝2160m的三塔双跨钢箱梁悬索桥。主桥南北引桥长4661m，北汊跨江主桥（含引桥）总长6821m。

夹江桥工程：夹江桥采用85＋3×125＋85＝545m和85＋2×125＋85＝420m的预应力混凝土连续梁桥。两座夹江桥及引桥全长2905m。

图1－4　泰州大桥开工典礼

图1－5　泰州大桥通车典礼

北接线工程：路线总长约8km，设枢纽1处、互通立交1处，设主线收费站1处。

扬中接线：扬中接线（含扬中互通）长2.94km。

南接线工程：路线总长约40km，设枢纽2处、互通立交4处、主线收费站1处、服务区1处（孟河服务区）。

4.设计标准

泰州大桥全线采用高速公路标准。其中，项目起点至大港枢纽段约27.629km（含跨江大桥），设计速度采用100km/h，双向六车道，路基宽度33.5m，大桥宽33.0m（不含布索区）；大港枢纽至项目终点段34.459km，设计速度采用120km/h，路基宽度34.5m，预留八车道建设条件。

主桥桥梁结构设计基准期为100年；全线设计车辆荷载等级采用公路——Ⅰ级。主桥通航净空高不小于50m，净宽不小于760m，能满足5万t级巴拿马散装货轮的通航需要。

5.投资和建设周期

泰州长江大桥项目批复概算总投资93.7亿元。建设工期5年，于2007年12月26日正式开工，于2012年11月25日建成通车。

1.1.2　技术创新

泰州大桥蕴含四大技术创新点，具备八大技术难点，创造了五项世界第一。对上述施工过程中采用的安全关键技术进行凝练和总结，将对类似工程具有借鉴意义。

1.四大技术创新点

泰州大桥具有以下技术创新点：

（1）主桥为2×1080m特大跨径三塔两跨悬索桥，系世界第一，且为世界首创，其结构体系为世界桥梁技术前沿的突破性创新。

（2）中塔采用世界上高度第一的纵向人字形、横向门式框架型钢塔，设计和施工技术含量高。

（3）中塔基础采用世界上入土最深的水中沉井基础。沉井平面尺寸为长58m，宽44m，高76m，整个沉井基础下沉深度达到－70m。

（4）上部结构主缆架设、钢箱梁吊装和施工控制等突破了传统单跨悬索桥上部结构施工的成熟技术，极具挑战性。

2.八大技术难点

（1）主桥设计标准高，桥型结构体系复杂

由于主桥采用的多塔悬索桥是创新的结构体系，其设计、施工存在大量课题亟待研究解决。基于多塔连跨悬索桥的桥型特点，泰州大桥设计中必须解决三个关键问题：一是桥跨竖向刚度要合适，加载跨的竖向挠度要控制在一定范围内。在最不利的工况下，由活载引起的桥面纵坡变化要控制在合理范围内，确保行车的安全性和舒适性。二是要较好地解决中塔塔顶主缆与鞍座间抗滑移问题，基于主缆钢丝与鞍座间的摩擦力要为抗滑移稳定提供保障。三是中塔本身的强度安全要有充分保证，稳定性能应满足要求，钢塔构件在大桥服务期内不会因疲劳而损坏。

（2）水中沉井体积大、下沉难度大、精度要求高

中塔基础为圆角矩形沉井，体积庞大。沉井下部38m为双壁钢壳混凝土结构，上部38m为钢筋混凝土结构，平面上分为12个隔舱，共需浇筑混凝土约10万方，最终沉入19m深水和55m河床覆盖层。

中塔沉井施工过程存在两大风险：一是沉井所处的长江扬中河段为感潮河段，水面宽约2.2km，水深约19m，水流受长江径流和潮汐双重影响，最大流速约2.5m/s，河床的冲淤变化情况非常复杂。同时，沉井所处河段通航船舶多，大吨位船舶占相当大的比例。二是沉井所处河段位于长江冲积平原，沉井处覆盖层厚度约200m，主要为粉细砂、中砂、粗砂地层，综合环境复杂。这些因素对沉井精确下沉都将产生较大影响。

水中沉井的定位着床和下沉是沉井施工的主要难点和关键所在，如何保证着床定位的精确性以及沉井姿态调整的可靠性，确保沉井姿态全过程受控，以及在沉井下沉过程中有效防止突沉、倾斜、扭转和超沉，顺利实现沉井封底，都是我们需要解决的难题。

（3）钢中塔受力性能特殊，制造工艺复杂

泰州大桥中塔因刚柔相济的受力特性而选择了纵向人字形、横向门式框架钢塔结构，钢塔节段几何尺寸和重量大、制作精度要求高。

中塔总重13000t，采用大量高强度厚钢板，其中69.5%为Q420qD材质高强度钢板，57.8%以上的厚度达50～60mm，最厚的钢板厚度达到150mm，焊接质量保证及焊接变形控制非常困难。

钢塔柱为变截面切角矩形结构，最大截面为5.0m×12.69m，节段最大长度为15m。根据受力及线形要求，节段断面横桥向、纵桥向尺寸公差为±2mm，对角线差及扭曲允许误差不大于3mm，全断面平面度≤0.25mm，塔段横桥向和纵桥向端面垂直度≤1/10000，塔段间壁板、腹板金属接触率≥50%，纵肋金属接触率≥40%，如此高的精度要求，给焊接变形、定位画线、机加工、测量精度控制带来了很大难度。

首节D0段为钢塔与混凝土塔座连接段，底板采用150mm厚的钢板，通过34根长10m、直径为130mm的长锚杆与基础连接。将150mm厚的Q370qD钢板进行熔透对接，这在国内桥梁建设史上尚属首次，如何保证厚板对接质量及焊后平面度是我们面临的新课题。同时，D0段所使用的长锚杆，无论从直径还是长度方面比较，国内外既没有工程实例可供借鉴，也没有相应的规范可以参考，在如何确定大直径锚杆镦粗工艺、热处理工艺，保证长螺杆两端同轴度以及确定合适的质量验收标准等方面，都存在诸多技术难点。

D4段为下塔柱的合龙节段，要分别与2个D3段、1个D5段以及下横梁段从4个方向进行连接，对于D3段以下节段的公差积累和偏位，如何确保D4段的制作精度，实现下塔柱顺利合龙，是钢塔制作的难点和关键之一。

钢塔节段预拼装长度达30m，无法在室内进行立式预拼装，施工安全风险极大。在对日本钢塔制造资料进行研究的基础上，参建单位提出了水平预拼装方案。但此方案对预拼精度要求高，采取什么措施和技术来实现预拼目的，需要反复研究和技术攻关。

为了保证桥位吊装重量满足要求，同时兼顾景观效果，上塔段采用了纵向分块方案，对纵向分块节段非封闭箱形结构，其90%以上焊缝分布在切角一侧，如何控制开口结构焊接变形及几何尺寸，预防旁弯，确保两个块体顺利拼接，也是我们需要攻克的难题。

（4）钢中塔节段重量大，吊装难度高

在中塔施工方案论证阶段，我们曾考虑采用大节段吊装方案，但该方案对起重设备要求高，安全风险大，经反复研究，最终采取了下塔柱节段浮吊安装、上塔柱节段纵向分块利用MD　3600塔吊进行吊装的方案，上塔柱每个吊装段起重重量控制在140t以内，相应节段高度控制在7.5～12m。

D0节段的正确定位和安装，是整个中塔塔身安装与线性控制的基础，其安装精度将决定塔柱安装的精度。D0节段共4个，具有双向倾斜度，每个节段底部承压板和顶板上各有34个直径为200mm和180mm的孔，安装时需将同样数量、直径为130mm的锚杆（两端螺纹部分直径140mm）同时穿入钢塔柱底板和顶板对应的圆孔中。钢塔柱在“穿孔”过程中需调整为纵桥向1∶4、横桥向3.9∶192的坡度，且偏移不得超过20mm，安装定位精度要求很高。吊装就位后，既要控制好单个节段的精度，还要保证4个节段之间的相对精度，需要进行精确的测量和调整。

钢塔D4段重470t，同时需要保证4个方向的连接关系，在浮吊吊装就位后，如何对重量如此之大的塔段进行精确微调，对调位千斤顶的设置和工装设计以及现场测量精度等，都提出了很高要求。

因塔身分为下部斜腿段、曲线过渡段和上部直线段3个阶段，线性控制难度极大，加上吊装时受温度、风、沉井不均匀沉降以及塔吊附墙的影响，必须通过精确的测量和科学的监控分析来控制安装精度，保证吊装质量和安全。

（5）缆索系统施工和控制难度大

与传统的两塔悬索桥相比，三塔悬索桥的缆索系统更为复杂。一是猫道设计施工难度大，要考虑中塔结构行为对猫道结构的影响，且猫道跨越塔顶的预留预埋受到钢塔构造的制约。二是缆索架设工况更为复杂，主缆索股在架设过程中需3次跨越塔顶，索股更容易产生断带、鼓丝、扭转和呼啦圈等不良现象，对牵引设备和放索系统提出了更高的要求。由于中塔受温度、风荷载及不平衡荷载影响的敏感性，对主缆线形控制提出了新要求。

（6）钢箱梁吊装技术难度大，挑战性强

钢箱梁吊装面临着全新的技术问题，三塔悬索桥必须对称中塔进行吊装，是采取由2个跨中向桥塔方向对称吊装，还是由3个桥塔向跨中方向对称吊装，对合龙段设置以及合龙段施工的难度影响较大。同时，由于中塔主鞍座位置是固定的，故边塔主鞍座预偏量比同跨度的两塔悬索桥加大近1倍，因而在确定吊装方案时需要对吊装过程中主缆是否会与塔顶干涉，以及鞍座如何顶推等问题做深入研究。此外，中塔无索区梁段吊装方案，荷载转换对成桥线形的影响以及纵向弹性索的安装控制等关键技术问题，都需要在下一阶段作进一步的深化研究。

（7）南北锚碇沉井基础工程规模大，施工难度大

因为泰州大桥所处的地区覆盖层厚度达到200m，根据当地地质条件，泰州大桥的南北锚碇基础均采用了承载能力较强的矩形沉井基础，沉井长和宽分别为67.9m和52m，北锚碇沉井高57m，基底标高为－55.0m，南锚碇沉井高41m，基底标高为－39m，在沉井下沉施工中存在诸多难点：

①沉井基础平面尺寸庞大，沉井的平面尺寸相当于8.4个篮球场面积，我国江阴大桥采用过大型沉井基础，以后再无类似规模的沉井基础，由于工程案例少，施工经验极度缺乏。

②沉井下沉系数难以确定，如果下沉系数过大，容易造成突沉，可能会导致沉井的下沉失控；如果偏保守地采用较小的下沉系数，则会造成后期下沉困难。

③沉井处的地质条件以砂层为主，存在丰富的潜水，易出现涌砂等不利状况，对沉井的施工造成不良影响。沉井位置处地质条件复杂，给均匀下沉带来了一定的施工难度。沉井施工控制难度大，浇筑过程中不能产生过大的下沉，下沉过程中也不能产生过大的偏斜，否则一旦出现偏斜，纠偏困难，因此必须采用先进的监控手段和科学的措施指导施工。

④长江大堤距离沉井位置不到200m，沉井施工必须确保长江大堤和附近建筑物的安全。

⑤封底混凝土数量大，达3万多方，必须进行合理的分区和有效的组织，确保封底一次成功。

（8）超长超柔钢桥面结构柔性大，对铺装材料及施工工艺要求高

泰州大桥为三塔连跨悬索桥，由于中间塔两侧均为大跨柔性缆索体系，整体刚度较传统悬索桥低，加剧了桥面系的柔性，导致了复杂的桥道系结构行为特性：

①超长超柔的钢桥面的结构动力响应、构件和连接处荷载反应与一般大中型桥梁相距甚远。

②由于对超长超柔钢结构中的典型构件疲劳性能尚缺乏比较充分的认识，其疲劳设计就可能缺乏针对性和有效性；如果使用不符合实际情况的疲劳应力和荷载，可能会使共同承受路面载荷的正交异型桥面板表现出与设计分析的预期结果不同的疲劳性能和疲劳累积响应。

③多塔悬索桥的特点要求钢桥面铺装系具有抵抗大变形的能力，这要求铺装结构具有良好的抗弯拉变形能力及层间抗剪能力。

④铺装系与桥道系的变形不一致性将在铺装系内部产生内应力。超长超柔桥道系的大变形特点要求铺装系具有良好的变形追从性，这对铺装结构的模量优化提出了更高的要求，对桥面铺装的材料性能和施工工艺提出了新的要求。

3.五项世界第一

泰州大桥创造了5项世界第一，分别是：2×1080m特大跨径三塔两跨悬索桥世界第一；200m高纵向人字形、横向门式框架型钢塔世界第一；中塔水中沉井基础入土深度世界第一；W形主缆架设长度世界第一；两跨悬索桥钢箱梁同步对称吊装世界第一。

（1）2×1080m三塔两跨悬索桥世界第一

多塔悬索桥的受力特点与传统悬索桥有很大差异。泰州大桥两个主跨为1080m，建成后将首次在世界上实现三塔悬索桥跨径由百米向千米的突破。

图1－6　三塔两跨悬索桥

（2）中塔水中沉井基础入土深度世界第一

沉井平面尺寸为长58m，宽44m，整个沉井基础将下沉至标高－70m的深度。

图1－7　中塔水中沉井

（3）200m高纵向人字形、横向门式框架型钢塔世界第一

钢塔从下到上分为下部斜腿段、交点附近的曲线过渡段及上部直线段3个区段，沿高度方向设置2道横梁，施工难度大，精度要求高。

图1－8　钢塔

（4）W形主缆架设长度世界第一

泰州大桥主缆长3117m，2根主缆总重1.7万t。主缆采用预制平行钢丝索股，每根主缆由169根索股组成，单根索股重约47t。主缆成型后为W形，为世界上首次架设。

图1－9　W形主缆

（5）两跨悬索桥钢箱梁同步对称吊装世界第一

泰州大桥共有136片钢箱梁，总重约33426t。难点在于：为保证索塔的应力和主缆在鞍槽内抗滑安全系数不超过允许值，需控制两跨允许不对称吊装梁段数量；中塔无索区梁段无法垂直起吊；吊装控制、中塔无索区体系转换以及合龙段安装施工难度大。

图1－10　钢箱梁吊装

1.1.3　安全管理

桥梁工程常设于濒临河川、海岸，或于道路乃至既有建筑物上方通过，桥梁工程内容包括桩、基础、桥墩、主梁、桥面板及附属设施等。施工建设风险较一般工程为高，具有高度技术性、高能量作业、环境敏感性等特点，是安全事故高发的领域。

近年来，我国桥梁工程建设发展迅速。江阴大桥是我国第一座千米跨越的悬索桥，用了仅10年的时间，苏通大桥又实现了千米斜拉桥的跨越。苏通大桥的建设成功，是我国桥梁由大国向强国跨越过程中一个新的标志性工程。目前，世界跨度最大的桥梁，按照跨度排行，10个悬索桥我国占5个，10个斜拉桥我国占7个，10个拱桥我国占5个。在未来20年，我国还计划在长江上建造50座大桥；就江苏境内，刚建成通车的特大桥梁工程就包括崇启大桥、泰州大桥、长江四桥等。

与此同时，随着建设工程规模的逐步加大，桥梁工程建设领域安全事故起数和伤亡人数一直居高不下，施工现场安全生产情况仍然十分严峻，给广大人民群众的生命和财产带来巨大损失。近年来，桥梁工程安全事故频发，如湖南堤溪沱江塌桥事故，以及近期的昆明新机场引桥工程支架垮塌事故、南京城区钢箱梁倾倒事故、嘉绍大桥架桥机断塌事故等，都造成了巨大的财产损失和群死群伤现象，这无疑给交通工程建设安全工作敲响了警钟。

1.难点分析

泰州大桥作为特大桥梁工程，施工组织及管理非常复杂，且施工过程中采用大量新技术、新工艺、新材料，给安全管理工作提出了更高的要求，集中表现为：

（1）参建单位及人员众多，组织管理非常复杂

全线划为16个监理标段、54个施工标段和11个制造标段等，参建人员逾万人；施工过程中，各项工序的衔接，不同标段的相互配合，再加之与辖区海事、航道等相关部门的协调等，使得施工组织及管理非常复杂，综合协调难度大。

（2）工程建设气候条件较差，地质水文条件要求高

建设现场易遇洪水、雷电、台风、龙卷风等自然灾害。跨江主桥位于长江扬中河段，属感潮河段，水面宽约2.2km，水深约19m，水流受长江径流和潮汐双重影响，最大流速约2.5m/s，河床的冲淤变化情况非常复杂，中塔沉井所处河段位于长江冲积平原，沉井处覆盖层厚度约200m，主要为粉细砂、中砂、粗砂地层，综合环境复杂。

（3）施工过程中大量采用新技术、新工艺、新材料

泰州大桥在施工过程中大量采用新技术、新工艺、新材料。中塔基础施工，自主研发了钢锚墩加锚系的半刚性锚固体系，采用数字化动态监控系统全过程实时监测，消除工程实施过程中各种不安全状态，达到“本质安全”的要求；中塔施工，开发了纵向分块节段制造技术和大断面、高精度钢塔节段端面机加工技术，钢塔室内水平预拼技术；钢箱梁采用风嘴锚箱成块体单独制造、横隔板与桥面衔接构造无过焊孔工艺等多项新工艺；上部结构施工中，猫道先导索架设在国内首次采用了迪尼玛轻质尼龙绳水中过渡法，有效降低了先导索过江风险；主缆架设施工，通过采用大吨位智能化卷扬机、被动放索机构、防扭转鱼雷夹、新型形状保持器等专利技术，这些都给安全工作提出了更新、更高的要求。

（4）高空、水上等危险作业多，建设周期长

泰州大桥悬索桥设计通航净空高度不小于50m，南、北锚碇分别采用高41m、57m的沉井，南、北塔塔顶高程180m，中塔采用76m高沉井基础、200m高钢塔结构，这些施工都属于特高处作业，而且贯穿工程建设始终。工程实际建设周期长达5年，施工单位和人员变化频繁，安全管理难度大。

（5）施工机械众多，水上交通安全压力大

全桥从下部基础到上部结构施工，大量使用大型机械设备，尤其是危险性较大的特种设备和专用设备，如MD3600塔吊、跨缆吊机、智能型紧缆机和“S”型钢丝缠丝机等。工程位于长江中游泰州段，船舶日流量达1600余艘次，高峰期达2　500多艘次，而且大型船舶、危险品运输船较多，水上交通安全压力大。

2.组织机构

泰州大桥成立了江苏泰州大桥有限公司，履行项目法人职责，全面负责泰州大桥建设项目的资金筹措、生产经营、债务偿还和资产保值增值。建设期间，江苏省长江公路大桥建设指挥部受项目法人委托，代表项目法人行使业主职权，全权负责泰州大桥建设期间的建设管理事宜。根据工程建设的需要，成立泰州、镇江和常州市大桥建设指挥部，负责所辖地区的接线工程建设管理，江苏省长江公路大桥建设指挥部只负责接线工程的监管工作。

建设单位牵头成立了安全生产委员会，将建设、设计、施工、监理单位，以及上级主管部门的相关人员纳入其中，作为安全管理的领导机构。下设安全生产办公室，作为日常安全事务的管理机构。

建设单位率先委托安全专业机构——“江苏省安全生产科学研究院”成立安全中心，协助现场的安全管理，并提供安全咨询。

泰州大桥建设安全管理组织机构如图1－11所示。

图1－11　泰州大桥安全管理组织机构图

3.管理创新

泰州大桥作为国家特大桥梁工程，努力吸收和借鉴江阴大桥、润扬大桥、苏通大桥等建设项目的成功经验，始终将安全技术及管理创新作为工作重点，进行了一系列的安全管理创新性实践，后文将详细阐述。图1－12为泰州大桥安全生产管理文件汇编。