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摘要：青龍大橋橫跨大嶼山的拐石和青龍頭之間的馬灣海峽。這處的海峽寬約1400m．是大多數(shù)來(lái)往香港水域和珠江三角洲船只必經(jīng)之地。這地點(diǎn)直接位于赤蠟角香港國(guó)際機(jī)場(chǎng)的航道下，因?yàn)橛泻Ｑ蠛秃娇盏暮降老拗疲詷蛩蜆蛎娓叨仁艿絿?yán)格限制。由于需要較長(zhǎng)的凈跨及較矮的橋塔可行的解決方法是使用主跨長(zhǎng)1300～1450m的吊橋。

關(guān)鍵詞：懸索橋初步設(shè)計(jì)

一、引言

連接香港島至離島大嶼山的"青嶼干線"已于1997年順利通車(chē)。"青嶼干線"由全世界最長(zhǎng)汽車(chē)與火車(chē)共用的吊橋-青馬大橋及斜拉橋一汲水門(mén)大橋組成。干線通車(chē)后三年，香港特別行政區(qū)政府積極進(jìn)行歸劃與興建第二條連接大嶼山的橋梁。該橋梁將成為香港未來(lái)西部公路的主要一部分，南面連接至香港島，北面則與行將興建的跨境通道相連。

這命名為青龍大橋的初步設(shè)計(jì)已于1999年完成，詳細(xì)設(shè)計(jì)亦于本年年初開(kāi)始進(jìn)行，工程預(yù)計(jì)于2002年動(dòng)工，約2007年竣工。橋梁位于新的香港國(guó)際機(jī)場(chǎng)航道之下，飛機(jī)航道嚴(yán)重限制了橋塔高度。其次由于橋梁橫跨香港最繁忙水道--馬灣航道之上，海上航道亦限制了橋身的高度及位置。基于上述限制，青龍大橋?qū)?huì)以一座主跨1418m長(zhǎng)的吊橋形式興建，這跨度比青馬大橋還要長(zhǎng)41m。由于橋塔高度限制，橋梁將會(huì)有一個(gè)異常大的跨度與垂度比率，加上橋梁兩旁的陡斜地形．導(dǎo)致橋梁的設(shè)計(jì)亦比較特別地附有很短的旁跨。

本文件描述了1999年完成的大橋各個(gè)部份的初步設(shè)計(jì)，更引伸至最近研究中的橋面設(shè)計(jì)，預(yù)計(jì)新的設(shè)計(jì)比初步設(shè)計(jì)更先進(jìn)，提供更優(yōu)良的空氣動(dòng)力所需要的穩(wěn)定程度。

完成后，青龍大橋?qū)?huì)位于全世界長(zhǎng)主跨吊橋的第三位，兩橋梁所處的位置，不論從海、陸、空皆可清楚看見(jiàn)。大橋更身處香港三大吊體系橋梁之分：即青馬大橋，汲水門(mén)大橋，及汀九橋。此處亦將成為全世界同類(lèi)大橋密度最高的地方。

1.背景

1979年的"青衣至大嶼山干線可行性研究"（LantauFIXedCrossingFeasibilityStudy）指出，有需要建設(shè)兩條連接道，連接北大嶼山和本港其余地區(qū)。第一條連接路稱(chēng)為"青嶼干線"（LantauLink），已于1997年5月22日通車(chē)。

1992年的"第二次整體運(yùn)輸研究更新本"（UpdatingoftheSecondComprehensiveTransportStudy）再度研討這交通需求，并已預(yù)測(cè)如要應(yīng)付建議中大嶼山的新發(fā)展，當(dāng)局便須于2006年前建成第二條連接以1995年的"全港發(fā)展策略重研"（TerritorialDevelopmentStrategyReview）預(yù)測(cè)，全港人口在2011年將達(dá)到750萬(wàn)～810萬(wàn)。此報(bào)告預(yù)測(cè)新界西北部人口將會(huì)大幅增長(zhǎng)，導(dǎo)致該發(fā)展區(qū)與市區(qū)的交通需求大增。交通預(yù)測(cè)顯示，當(dāng)局有需要以新干線連接大嶼山與元朗，稱(chēng)為十號(hào)干線--北大嶼山至元朗公路（Route10-NorthLantautoyuenLongHighway），這條干線與十號(hào)干線--港島至大嶼山連接路（Route10－－HongKongLantauLink）、連接堅(jiān)尼地城至香港仔段的七號(hào)干線（Route7）、后海灣干線（DeepBayLink）和深圳西部通道（ShenzhenWesternCorridor）將形成一條重要的"西部公路"（WesternHighway），連接港島與深圳蛇口。

1995年5月，路政署委聘顧問(wèn)公司進(jìn)行"深井連接路可行性研究"（ShamTsengLinkFeasibilityStudy）。這報(bào)告建議在大嶼山東北部的海角--拐石興建一座跨海大橋橫跨馬灣海峽，將十號(hào)干線接駁到北面的青龍頭地段，又由于地勢(shì)的關(guān)系，大橋的旁跨將直接大欖隧道，隧道將在繁忙的屯門(mén)公路下橫越，路線再如北面走。

1998年3月，路政署委聘顧問(wèn)公司進(jìn)行"十號(hào)干線（北大嶼山至元朗公路）勘察及初步設(shè)計(jì)工作"，以重新研討可行性研究的結(jié)果，并且更準(zhǔn)確地確定土地需求，勘察這條路線對(duì)環(huán)境、海事、排水、交通及其它地區(qū)的影響，以及開(kāi)始進(jìn)行這項(xiàng)目工程的初步設(shè)計(jì)工作。青龍大橋的初步設(shè)計(jì)及環(huán)境影響評(píng)估亦在這階段進(jìn)行，全部過(guò)程亦與1999年11月完成。

2.勘察及初步設(shè)計(jì)工作目標(biāo)

大橋的勘察及初步設(shè)計(jì)工作的主要目標(biāo)，是查核可行性研究中對(duì)興建青龍大橋的建議。亦會(huì)考慮到建議可行性研究中的實(shí)際要求，建議可行路線、配置和設(shè)計(jì)，提出對(duì)該項(xiàng)目完善而具成本效益的初步設(shè)計(jì)，并已落實(shí)為該項(xiàng)目作進(jìn)一步的詳細(xì)設(shè)計(jì)。

為要在設(shè)計(jì)階段達(dá)到以上目標(biāo)，在勘察及初步設(shè)計(jì)工作內(nèi)，顧問(wèn)公司進(jìn)行了各方面的影響評(píng)估．以確保本項(xiàng)目在興建和通車(chē)階段，皆能達(dá)到政府的所有要求、標(biāo)準(zhǔn)、指引。本項(xiàng)目所需要的土地將會(huì)根據(jù)"道路（工程、使用及補(bǔ)償）條例"在實(shí)報(bào)上公報(bào)有關(guān)項(xiàng)目，最后還要建立有關(guān)的工程范圍定義、實(shí)際估價(jià)和批核程序，并要訂定建筑、管理、運(yùn)作和維修的策略。

二．青龍大橋初步設(shè)計(jì)

1.設(shè)計(jì)規(guī)定

此橋是雙程三線分隔行車(chē)道，每條行事道有11m寬。旁跨會(huì)建設(shè)3.3m寬的路肩。大橋主跨則只能容納1m寬的路肩。橋上沒(méi)有行人路和單車(chē)徑等設(shè)施。

由于大橋位于機(jī)場(chǎng)及馬灣海峽的航道中。大橋的設(shè)計(jì)受制于以下兩項(xiàng)規(guī)限：

（l）香港機(jī)場(chǎng)（管制障礙物）法例，限制了青龍大橋的橋塔高度，在橋塔設(shè)計(jì)的位置，北面橋塔的凈空為+175m，而南面則為+184m。加上有需要預(yù)留適當(dāng)?shù)目臻g以作興建橋塔之用，故此橋塔的實(shí)際高度只能限制在+169m（北面）及+178m（南面）。

（2）在海面上，為了維持馬灣海峽的航道暢通，橋身的高度不能低于+62.1m(主水平基準(zhǔn)）。至于風(fēng)速研究方面；一項(xiàng)由加拿大安大略省西大學(xué)風(fēng)動(dòng)力研究中心進(jìn)行的風(fēng)環(huán)境研究，建議青龍大橋的風(fēng)速設(shè)計(jì)，以重現(xiàn)期為120年作設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)設(shè)定每小時(shí)橋面平均風(fēng)速為45m／s。

橋梁的斷面形狀復(fù)雜，故此用純理論分析方法求解作用于橋梁上的氣動(dòng)力及風(fēng)致振動(dòng)響應(yīng)相當(dāng)困難。故此設(shè)計(jì)中為解決其抗風(fēng)性能時(shí)，包括了詳盡的風(fēng)洞模型測(cè)試。風(fēng)洞模型測(cè)試，亦在加拿大安大略省西大學(xué)風(fēng)動(dòng)力研究中心進(jìn)行：測(cè)試項(xiàng)目包括主梁節(jié)段模型作氣動(dòng)及非氣動(dòng)彈性響應(yīng)測(cè)試；另外又以地型模型進(jìn)行了風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)，和測(cè)試整體模型的氣動(dòng)彈性，包括全橋完成狀態(tài)、架設(shè)狀態(tài)、及獨(dú)立橋塔狀態(tài)等。

地震設(shè)計(jì)方面，則將會(huì)以香港現(xiàn)有及源自廣東省地震局的地震資料及反應(yīng)港作為基準(zhǔn)。大橋設(shè)計(jì)將采用地震峰值加速度為0.07g，比青馬大橋所采用的0.05g為高。

2.總體設(shè)計(jì)

青龍大橋橋梁的主跨為1418m。因?yàn)榕钥缡菑澢?，所以不能由主線直接承載，而支持點(diǎn)是來(lái)自下面的橋墩。馬灣海峽兩旁的土地峻峭，這是唯一可行的方法。青龍大橋的輪廓，主要由橋塔及錨碇的位置所制定。

3.橋塔

因?yàn)橥烷T(mén)公路和大欖涌隧道相近，所以北橋塔會(huì)建在龍濤花園西面的淺水地帶。預(yù)計(jì)地基將包含預(yù)制的混凝土流箱，先將沉箱拖運(yùn)到適當(dāng)位置，然后沉下至已預(yù)備好的巖床。橋塔會(huì)受到填海和海堤保護(hù)。以防止來(lái)往船只碰撞。

南橋塔則建于接近前濱的拐石山岬上，約離海邊50m。此橋塔的地基在+25m（主水平基準(zhǔn)面），建于廣闊的石層之上。海岸線將會(huì)得以保留。

初步設(shè)計(jì)已確定了橋塔會(huì)用混凝土興建和用滑模法來(lái)建筑。橋塔支柱之間近塔頂和橋面以下興建混凝土的門(mén)式橫梁。至于混凝土的規(guī)格則會(huì)在詳細(xì)設(shè)計(jì)時(shí)制定，以確保混凝土的耐久性能適應(yīng)海洋環(huán)境。

4.錨錠

北面的錨錠位于屯門(mén)公路以南一個(gè)棄置的石礦場(chǎng)。由于距離屯門(mén)公路及即將興建的大欖涌隧道非常接近，這個(gè)錨錠采用一個(gè)隧道形式的錨錠。減少龐大的巖石挖掘。方法是利用該處優(yōu)良的巖石，將纜索直接固定在巖石中，減少與大欖桶隧道人口和通風(fēng)大樓的分界面。大橋的主鋼纜將在錨錠（約20m寬、35m長(zhǎng)、27m深）內(nèi)分為多組散開(kāi)。各級(jí)鋼索將會(huì)穿過(guò)巖石中預(yù)鉆的洞孔，直接牢固在地下約對(duì)20～40m深的的三條橫向坑道內(nèi)（坑道均長(zhǎng)60～80m）。

南面錨錠的位置是根據(jù)南橋塔和公路路線而決定。在興建錨錠之前，五鼓嶺將需要進(jìn)行削平工程，將地面降至（65以主水平基準(zhǔn)面）。因?yàn)楣さ叵鄬?duì)來(lái)說(shuō)不受限制，所以可采用重量形的錨錠。錨錠約80m寬、60m長(zhǎng)及46m深），足可容納一座七層高的大廈。圖3及圖4介紹了北錨錠和南錨錠的立體圖。

5.主跨

主跨采用箱形鋼橋身的設(shè)計(jì)，其橋面采用了正交雙向的鋼板，有38m寬，5m深，并在橋身中央設(shè)有一個(gè)3.5m寬的通風(fēng)口，提供橋身在空氣動(dòng)力所需要的穩(wěn)定程度。橋身是由鋼架和每隔4.5m的橫隔梁支援的，以求能同時(shí)符合經(jīng)濟(jì)和實(shí)用效益。

選用的主梁在風(fēng)洞測(cè)試中，在紊流或均勻流風(fēng)場(chǎng)中，于不同的風(fēng)攻角下，成功達(dá)致設(shè)計(jì)所需的抖振風(fēng)速。

主梁寬38m，深5m，梁中設(shè)有3.5m寬的氣孔，及豎折流板（以阻礙氣流）高于橋面1m，并附設(shè)有預(yù)應(yīng)力鋼纜護(hù)欄及維修橫梁路軌。

橋梁主跨由每18m的懸垂纜索承載，共78條，約每四個(gè)橫隔梁就有一個(gè)，橋面則架設(shè)在橋塔橫梁上的軸承。主跨的總長(zhǎng)度為1，418m，即77*18m＋2*16m。

由于橋塔高度受飛機(jī)航道限制，因此主線的垂度較理想的設(shè)計(jì)為小（主跨/垂度的比率約為15），造成主纜直徑異常的大。主跨和旁跨的主纜直徑是1018mm和1042mm，設(shè)計(jì)是使用強(qiáng)力的鋼絲，以預(yù)制纜束方法建造。初步設(shè)計(jì)亦考慮其他建造方法如空中絞織方法來(lái)建造。

懸垂纜索是鍍鋅鋼纜，將會(huì)回掛在主纜的纜箍上，以便承載鋼制橋身。

6.旁跨

旁跨的設(shè)計(jì)是采用預(yù)應(yīng)力混凝土箱形梁。旁跨能夠配合公路的弧度，可獨(dú)立于主跨而建筑。北跨的總長(zhǎng)度為190m，為了避免橋墩影響橋塔附近的青山公路，遂分成三段路跨，即75m，65m及50m三段。其中較長(zhǎng)的兩段將預(yù)留加闊路肩及路面，作為維修大欖涌隧道所需的匯流／分流地段。而南面只有一段長(zhǎng)180m的路跨。

7.運(yùn)作和維修

在運(yùn)作或維修階段將會(huì)采用交通控制及監(jiān)察系統(tǒng)來(lái)調(diào)節(jié)橋上的交通。橋中有檢查和維修專(zhuān)用的通道，大橋的結(jié)構(gòu)健全監(jiān)控系統(tǒng)的主要條件亦已確定。

三、青龍大橋-新構(gòu)思的主梁

1.前言

完成初步設(shè)計(jì)后，香港特別行政區(qū)政府于本年二月，委任新的顧問(wèn)工程公司為青龍大橋進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)、制訂工程合約、甄選適合的承建商進(jìn)行興建、及監(jiān)查工程的進(jìn)行。

新的顧問(wèn)工程公司建議為青龍大橋的主梁，采用一種嶄新的主梁，暫訂名為"第三代主梁"（G3主梁），預(yù)計(jì)G3主梁校初步設(shè)計(jì)的主梁有更佳的抗風(fēng)表現(xiàn)。圖5展示新主梁的橫切面。這設(shè)計(jì)原自意大利MessinaCrossing的主梁設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)在歐洲經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的測(cè)試，證明有非常優(yōu)良的抗風(fēng)表現(xiàn)。在高速下，主梁的兩個(gè)箱形鋼橋身會(huì)保持上下振動(dòng)，并不依靠傳統(tǒng)主梁的的扭力系統(tǒng)來(lái)抵抗風(fēng)速。

2、G3主梁的優(yōu)點(diǎn)

倘若可證實(shí)G3主梁能夠改善橋梁的空氣動(dòng)力中的穩(wěn)定性，預(yù)計(jì)將會(huì)有以下顯著的優(yōu)點(diǎn)：

（1）G3主梁將會(huì)較初步設(shè)計(jì)的主梁為輕，不單可節(jié)省主梁的成本，更可減輕主鋼纜、懸垂纜索、橋塔、錨錠及地基的負(fù)荷。

（2）流線型的G3主梁，使空氣阻力減至最低。G3主梁的抗風(fēng)表現(xiàn)亦可從流動(dòng)解析（computationalFluidDynamic)所引證。

（3）淺薄的G3主梁可改善青龍大橋的主纜垂度．從而減輕主纜的負(fù)重，及橋塔和錨錠的負(fù)荷。

（4）較薄的G3主梁可以采納多種不同的橋梁建設(shè)方法，方便了制造及裝配的程度。

（5）較薄的G3主梁可以在工廠內(nèi)以半自動(dòng)化機(jī)械制造，有較佳的品質(zhì)控制和保證。

（6）預(yù)計(jì)橋梁能以較便宜和較短的建筑時(shí)間完成。

3.抗風(fēng)設(shè)計(jì)

G3主梁的風(fēng)洞節(jié)段模型測(cè)試，正在加拿大安大略省西大學(xué)風(fēng)動(dòng)力研究中心進(jìn)行。從初步的風(fēng)洞測(cè)試結(jié)果，G3主梁的空氣動(dòng)力穩(wěn)定性得以引證。當(dāng)然，測(cè)試仍在早期階段。詳細(xì)的設(shè)計(jì)還有待進(jìn)一步的探討和確立。

四、結(jié)論

前文詳細(xì)描述了香港特別行政區(qū)政府，采取了一系列的程序，將一項(xiàng)主要道路橋梁工程，從構(gòu)思逐步邁向建設(shè)。在青龍大橋設(shè)計(jì)方面，從傳統(tǒng)的橋架設(shè)計(jì)，吸取經(jīng)驗(yàn)，引進(jìn)其他先進(jìn)理論，配合詳盡的實(shí)驗(yàn)測(cè)試，開(kāi)拓新的吊橋主梁概念。從青龍大橋開(kāi)始，G3主梁將會(huì)被廣泛注意，只要配合不同理論的引證，預(yù)計(jì)在很短的未來(lái)，G3主梁將會(huì)成為新一代懸索大橋的研究焦點(diǎn)。