1、概況
萬州長江大橋是宜萬鐵路與達(dá)萬鐵路相連接的重要越江控制工程，橋址位于重慶市萬州區(qū)，屬三峽工程腹地。本橋因受所處地區(qū)的地形、地貌、地質(zhì)、通航和水文等建設(shè)條件影響，主橋采用（168m+360m+168m）連續(xù)鋼桁系桿拱橋，大橋于2005年底建成，是目前國內(nèi)已建成的跨度最大的鐵路橋梁，也是目前世界上跨度最大的鐵路拱橋（圖1）。
圖1 全景
大橋位于萬州市區(qū)長江上游7km的沱口河段，上距重慶市322km，下至三峽大壩291.5km。
橋址處河槽及兩岸為典型的峽谷地貌，江岸兩側(cè)凸出壓縮河道呈葫蘆頸狀，具有江面窄、深槽、陡坎、流速較急的特點?？菟畷r江面寬約210m，最大水深50余米，為江中深槽；三峽水庫蓄水后，水位至175m時，橋位處江面寬約950m，水深達(dá)百米以上。基巖為硬質(zhì)砂巖與不等厚互層的泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖及泥鈣質(zhì)粉砂巖相間組成，巖層傾角平緩。區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造較簡單，斷裂不發(fā)育，無區(qū)域性大斷裂和活動性斷裂。
橋址所處地區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候區(qū)。具有春早、夏熱、秋雨連綿、冬暖多霧、無霜期長、雨量充沛的特點。平均氣溫18.1℃，極端最高氣溫42.1℃，極端最低氣溫-3.7℃。平均降雨量1185.4mm，最大暴雨強度197mm/h，年平均相對濕度81%。常年主導(dǎo)風(fēng)向為北風(fēng)、西北風(fēng)。一般風(fēng)速在6級以下。橋址區(qū)設(shè)計風(fēng)速為20m/s。萬州是我國酸雨較為嚴(yán)重的地區(qū)，酸雨P(guān)H值一般在4左右，冬季最低值達(dá)3.68。酸雨頻率約占70％。
鐵路I級標(biāo)準(zhǔn)，中－活載，單線，電力牽引；最大限制坡度：12‰，最小曲線半徑：1200m；閉塞方式：繼電半自動；地震烈度：6度，按照7度設(shè)防；通航凈空：以橋址處三峽水庫正常蓄水時的水位175.2m作為最高通航水位，單孔雙向通航，通航凈空（高×寬）為18m×300m。
2、主橋結(jié)構(gòu)
萬州長江大橋全長1106.3m，其中主橋長696m，采用跨度布置為（168m＋360m＋168m）的連續(xù)鋼桁系桿拱橋。萬州側(cè)引橋為一聯(lián)（46.6m+46m+50m+51.3m）預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，梁高3.65m；宜昌側(cè)引橋為一聯(lián)（43.6m+3×42.7m+43.3m）預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，梁高3.05m（圖2）。
主橋所采用的連續(xù)鋼桁系桿拱橋為結(jié)構(gòu)內(nèi)部自平衡體系，結(jié)構(gòu)無外部推力，拱肋推力由系桿拉力平衡。上部結(jié)構(gòu)的支承體系類似于連續(xù)梁，設(shè)一個固定鉸支座和三個活動鉸支座，固定支座采用鑄鋼鉸軸支座，活動支座采用四氟滑板式鑄鋼鉸軸支座。
圖2 萬州長江大橋橋式布置圖
?。?） 下部結(jié)構(gòu)
5號、6號主墩高分別為54m及59m，采用 10m×19m的矩形空心墩，為單箱雙室截面，在順橋向中部設(shè)豎隔墻，壁厚1.5～2.0m。5號墩采用15-φ2.5m的群樁基礎(chǔ)，承臺平面尺寸為22.1m×13.1m，基底置于中風(fēng)化硬質(zhì)砂巖頂，鉆孔樁呈縱向3排，橫向5排行列式布置。6號墩位于宜昌側(cè)整體性較好的黑盤石上，采用26m×15m×6m的擴大基礎(chǔ)，嵌入基巖；
4號墩為主橋萬州側(cè)邊墩，墩高48.9m，采用6.5m×19m矩形空心墩，壁厚0.8m。7號墩為主橋宜昌側(cè)邊墩，墩高80.1m，為全橋最高墩，采用8m×19m矩形空心墩，壁厚1.25～1.5m。下部結(jié)構(gòu)施工見圖3、4。
圖3下部結(jié)構(gòu)墩身施工
圖4 建成的橋墩
?。?） 上部結(jié)構(gòu)
1） 結(jié)構(gòu)總體布置
主橋鋼梁為連續(xù)鋼桁系桿拱橋，兩側(cè)邊跨為平弦桁梁，中跨為剛性拱柔性梁（系桿）的鋼桁系桿拱橋。邊跨主桁采用有豎桿的三角形桁式，桁高16m，桁寬16m，節(jié)間長度12m；中間支點處設(shè)下加勁弦，高20m，加勁弦的設(shè)置增加了支點處主梁桁高，改善了結(jié)構(gòu)受力，同時與鋼桁拱拱肋下弦勻順過渡并連為一體，使得整體結(jié)構(gòu)顯得簡潔美觀、剛勁有力；中跨鋼桁拱拱肋采用變高度“N”形桁架，中間支點處桁高41m(包括加勁弦高度)，跨中拱肋桁高8m，拱頂至橋面高度63m。拱肋桁架上、下弦拱軸線分別采用矢高不同的二次拋物線，上弦拱軸線與邊跨上弦桿軸線采用圓曲線勻順過渡。拱肋在其下弦與橋面相交點之間設(shè)有鋼系桿，以承受拱肋產(chǎn)生的水平推力。拱肋與系桿之間采用剛性吊桿連接，吊桿間距12m，吊桿最大長度55m。
2） 材料
主桁構(gòu)件材質(zhì)采用14MnNbq（Q370qE），板厚12～50mm；橋面系、聯(lián)結(jié)系構(gòu)件材質(zhì)采用16Mnq(Q345qD)，板厚12～28mm；附屬結(jié)構(gòu)材質(zhì)采用Q235B。支座鑄件采用耐候型ZG45Ⅱ，鍛件采用35號鋼。主桁拼接采用M30高強度螺栓，材質(zhì)為35VB鋼，橋面系和聯(lián)結(jié)系拼接采用M24高強度螺栓，材質(zhì)為20MnTiB鋼；螺母、墊圈采用45號優(yōu)質(zhì)碳素鋼。
3） 主桁桿件截面及節(jié)點構(gòu)造
加勁弦和拱肋下弦采用焊接箱形截面；邊跨平弦部分弦桿、中弦和拱肋上弦采用焊接H形截面；腹桿采用箱形及H形截面；系桿采用焊接H形截面。為簡化節(jié)點拼接構(gòu)造，對于不同板件厚度截面弦桿的拼接，將較薄板件在拼接區(qū)域局部加厚。桿件最大板件厚度50mm，最大長度28.3m，最大安裝吊重35t。為降低工廠制造技術(shù)難度和工程造價，本橋主桁采用傳統(tǒng)的拼裝式節(jié)點。
4） 橋面系
鐵路橋面系采用縱橫梁體系，鐵路明橋面，普通鐵路橫梁高2200mm，采用雙層蓋板形式；鐵路縱梁高1480mm，兩片縱梁間設(shè)置聯(lián)結(jié)系；全橋鋼梁設(shè)置有5處伸縮縱梁。主梁端支點處，設(shè)端起重橫梁和起重托梁，端起重橫梁設(shè)兩個起頂點，起重托架設(shè)一個起頂點；中間支點處設(shè)中間起重橫梁，采用箱形截面，中間支點共設(shè)6個起頂點，其中中間起重橫梁設(shè)2個起頂點，支承節(jié)點板兩側(cè)各設(shè)2個起頂點。
5） 聯(lián)結(jié)系
各部分平聯(lián)均設(shè)置為交叉型，桿件采用焊接H形構(gòu)件。鐵路橫梁兼作下平聯(lián)撐桿，對于拱肋和加勁弦平聯(lián)，由于相鄰節(jié)間存在一定的夾角，為適應(yīng)與各節(jié)間平聯(lián)斜桿的拼接，平聯(lián)撐桿采用由兩個工形構(gòu)件加綴板組成的異形格構(gòu)式桿件。全橋共設(shè)置三處橋門架：端橋門架、中間橋門架和拱肋下弦橋門架。端橋門架和中間橋門架采用交叉桁架式結(jié)構(gòu)；拱肋下弦橋門架受鐵路行車界限的控制，采用板式橋門架。為增加拱肋桁架的空間整體性，在拱肋桁架每24m(隔一個節(jié)間)設(shè)置一個橫聯(lián)。
6）吊桿及吊桿橫聯(lián)
全橋共25對吊桿，均采用焊接H形截面，截面寬度800mm，翼緣寬度700～900mm，吊桿長度8～55m，分節(jié)段拼接接長。為解決吊桿的風(fēng)振問題，吊桿腹板和翼緣板上均開設(shè)長圓孔。為增強中跨行車系的橫向剛度，每對吊桿之間設(shè)置有吊桿橫聯(lián)。
7） 結(jié)構(gòu)預(yù)拱度的設(shè)置
主桁預(yù)拱度按照恒載+1／2靜活載撓度曲線值反向設(shè)置，設(shè)計中根據(jù)各部分結(jié)構(gòu)的特點，分別采用不同的起拱方法：邊跨平弦部分設(shè)置上拱度采用伸長或縮短上弦節(jié)間長度的方法，伸長或縮短的值在上弦大節(jié)點中心處變化。中跨鋼桁拱部分采用縮短吊桿長度的方法設(shè)置預(yù)拱度。
?。?） 主橋防腐涂裝
1）鋼結(jié)構(gòu)的防腐涂裝
我國鐵路鋼橋防腐涂裝技術(shù)經(jīng)過了數(shù)十年的發(fā)展，形成了四個涂裝體系，其中第Ⅳ涂裝體系從九十年代起在鐵路鋼橋上得到廣泛應(yīng)用，其使用壽命預(yù)計可達(dá)15年以上。試驗研究表明，盡管上述防腐體系中所使用的面漆耐大氣老化等性能可以滿足通常環(huán)境條件下的防護要求，但對于腐蝕環(huán)境惡劣的地區(qū)，則氟碳涂料在耐久性方面具有明顯的優(yōu)勢。氟碳涂料因其采用的氟碳樹脂分子中含有高能的氟碳鍵(C—F)，原子間結(jié)合力強，表面自由能低，因而具有優(yōu)異的耐候性、保光性，耐化學(xué)介質(zhì)等性能。在試驗研究的基礎(chǔ)上，本橋所采用的涂裝體系如下：
特制環(huán)氧富鋅底漆 最小干膜厚度2×40μm
環(huán)氧云鐵中間漆 最小干膜厚度2×40μm
氟碳涂料面漆 最小干膜厚度2×35μm (工廠一道、工地—道)
2）混凝土結(jié)構(gòu)防護體系
鑒于萬州橋所處的惡劣腐蝕環(huán)境，對混凝土結(jié)構(gòu)采取了如下防護涂裝體系：對于全部混凝土橋墩（空心墩包括內(nèi)外表面）、引橋混凝土梁的上頂面和端面采用無機滲透結(jié)晶型涂料進行防護涂裝；對于混凝土梁的其它部位，考慮到梁體變形及美觀的需要，采用柔性氟碳涂料進行涂裝。
?。?）鋼梁安裝
邊跨采用部分膺架結(jié)合臨時墩的半伸臂方法架設(shè)，其中端部兩個節(jié)間區(qū)域設(shè)置膺架，利用墩旁吊機架設(shè)該段鋼梁共長24m，然后在鋼梁上弦拼裝架梁吊機(圖5、6)。分別在距端支點48m和96m處設(shè)置臨時墩，利用架梁吊機分別伸臂24m、48m、72m架設(shè)鋼梁至中間墩 。伸臂架設(shè)時在錨跨適當(dāng)壓重，保證抗傾覆安全系數(shù)大于1.3。中跨采用兩側(cè)對稱的吊索塔架輔助半孔全伸臂安裝(圖7)、在跨中合龍的施工方法(圖8)。吊索塔架高52.2m，前索錨固點拉索錨固水平距離為96m；后索錨固點拉索錨固水平距離為132m。中跨鋼梁架設(shè)時，同時進行吊索塔架的安裝，當(dāng)伸臂架設(shè)至120m時，掛設(shè)拉索并進行初張拉，然后繼續(xù)架設(shè)鋼梁至180m，進行鋼梁的跨中合龍。為確保梁體的抗傾覆穩(wěn)定性，中跨伸臂架設(shè)過程中對邊跨端部四個節(jié)間共48m范圍內(nèi)進行逐步壓重，最大壓重量為300kN／m，每側(cè)壓重量總計為14400kN。
圖5部分膺架結(jié)合臨時墩的半伸臂方法架設(shè)
圖6鋼梁上弦拼裝架梁吊機
圖7吊索塔架輔助半孔全伸臂安裝架設(shè)
圖8吊索塔架輔助鋼梁的跨中合龍
中跨主桁結(jié)構(gòu)安裝分兩部分進行，為增加鋼梁伸臂安裝的安全度，同時減少壓重量，系桿區(qū)段的橋面系、行車系平聯(lián)和吊桿橫聯(lián)均在鋼桁拱合龍后進行安裝。
3、主要技術(shù)特點和創(chuàng)新點
（1） 首次在國內(nèi)采用連續(xù)鋼桁系桿拱橋的橋梁形式和結(jié)構(gòu)體系(2005年)。
?。?） 萬州橋是2005年國內(nèi)已建成的跨度最大的鐵路橋梁。
（3）萬州橋是2005年當(dāng)時世界上跨度最大的鐵路拱橋。
（4） 國內(nèi)首次在大型鐵路鋼橋上采用氟碳涂料新型涂裝體系。
?。?） 在剛性吊桿上設(shè)置抑振孔抑制吊桿風(fēng)致振動獲得成功。
4、有關(guān)資料
橋 名：重慶宜萬鐵路萬州長江大橋
橋 型：連續(xù)鋼桁系桿拱橋
跨 徑： 主跨360 m
橋 址：重慶市萬州區(qū)
設(shè)計單位：中鐵大橋勘測設(shè)計院有限公司
施工單位：中鐵大橋局集團
混凝土用量：44653m3
鋼材 用量：9976t
工程造價：2.2億元
建成日期：2005年12月
目前國外跨度最大的鐵路拱橋為美國紐約的海爾門橋（HellGate Bridge），為兩鉸鋼桁拱橋，其主跨298m。萬州橋主跨跨徑360m，較其主跨增加了62m，成為目前世界上跨度最大的鐵路拱橋。經(jīng)中國企業(yè)新紀(jì)錄審定委員會審定通過，榮獲第十一批中國企業(yè)新紀(jì)錄（創(chuàng)鐵路拱橋跨度最大的世界紀(jì)錄）。
