武汉青山长江公路大桥路线总体设计
　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
武汉青山长江公路大桥路线总体设计
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４８ｍ，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、
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
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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。
天兴洲大桥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
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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
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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
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［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．
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版），２０１９（１０）：３２６ ３３１．
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４潘　丹：武汉青山长江公路大桥路线总体设计２０２１年第２期

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