1.概況
汀九橋為香港三號干線主要部分之一，連接青衣島及大欖隧道，大大縮減往來偏遠的新界西北區(qū)及市中心的時間，亦可經(jīng)毗鄰的青嶼干線，到達香港國際機場。它位處寬900m及水深10～29m的藍巴勒海峽。主橋采用（127+448+475+127）m 三塔結(jié)合梁斜拉橋（圖1）。
圖1 汀九橋全景
香港位于亞熱帶，年平均氣溫和總降雨量分別為23℃及2214mm，年平均受15次臺風吹襲，最高風速達118km/h。
大橋采用六車道高速公路標準；設(shè)計使用年限120年；設(shè)計速度100 km/h；橋梁寬度(不含整流罩) 18.8m (雙梁每條寬度)；荷載標準：車輛荷載 HA + 45單位HB (根據(jù)英國運輸部標準BD37/88)；設(shè)計風速80 m/s陣風、50 m/s平均時速 ；船舶撞擊荷載 220,000噸級海輪于時速8浬之撞擊 ；地震基本烈度按修訂麥加利烈度表7級；通航凈空：凈高61m，凈寬不小于240m。
2．主橋結(jié)構(gòu)
汀九橋全長1177m, 為三塔四索面四孔連續(xù)加勁梁斜拉橋。從汀九端開始，橋跨布置為 127m + 448m + 475m + 127m = 1177m (圖2)，兩個主跨長度不一，是由于中央塔選擇在最淺水的位置。主梁為雙鋼和混凝土結(jié)合梁，高1.78m，每條梁寬18.8m (不含整流罩)，中間開槽 6m，沿橋身縱向每隔13.5m以鋼橫梁相連。斜拉索索面按扇形布置，共384根，標準索距為13.5m。索塔為獨柱式結(jié)構(gòu)，位于兩條主梁之間，并以橫向斜拉索加固，塔高160 – 196m，每座索塔頂部兩側(cè)均安裝有鋼拉索錨箱。汀九塔和青衣塔均由長30m、寬24m和厚5.75m的筏形地基支承。中央塔地基由52根直徑2.5m 鉆孔樁組成，鋼筋混凝土承臺，長37m、寬33.2m、厚6m。
圖 2 橋型布置
?。?）索塔基礎(chǔ)
汀九橋位處繁忙的馬灣航道旁，巨型貨船熙來攘往，三座索塔均設(shè)有船舶防撞措施防止索塔被船只撞擊，分別以馬蹄形的混凝土結(jié)構(gòu)、人工島及海堤形式建造。汀九塔和青衣塔均由長30m、寬24m和厚5.75m的筏形地基支承。中央塔地基則由52根直徑2.5m 鉆孔樁組成，樁長平均為27m，鋼筋混凝土承臺長37m、寬33.2m、厚6m。
圖 3 橋塔地基
在三個索塔地基之中，以中央塔為最大(圖 3)，混凝土用量達5,800m3，澆灌大體積的混凝土結(jié)構(gòu)，須遵從嚴格的規(guī)范，以免因溫度過高而引起的早期裂縫及產(chǎn)生長遠的強度下降問題。在灌注過程中，共用四艘躉船從青衣運送36輛混凝土攪拌車往工地，并使用四臺流動混凝土泵機?；炷另毣旌弦夯鋮s，以降低溫度，另外又在承臺內(nèi)安裝了一個利用海水循環(huán)散熱的泠卻系統(tǒng)。該冷卻系統(tǒng)內(nèi)設(shè)有三層鍍鋅鋼管，連接四臺獨立泵機。每條鋼管直徑50mm。整個澆灌工程在75小時內(nèi)完成，規(guī)模之大破了當時香港的紀錄。為監(jiān)測混凝土的最高核心溫度及不同位置的溫差，安裝了42個熱電偶，在澆灌完成后連續(xù)監(jiān)測達兩星期，監(jiān)測結(jié)果能滿足規(guī)范的要求。
?。?）索塔
圖 4 施工中的橋塔
三座索塔均采用外型修長的單支柱設(shè)計(圖4)，每座索塔頂部兩側(cè)均裝上外置的鋼拉索錨箱。索塔兩側(cè)于主梁下均設(shè)置橫鋼梁，兩側(cè)橫鋼梁末端分別連接上下共4組橫向穩(wěn)定索，穩(wěn)定索向上直達塔頂，下接索塔下部離水面42m錨固，形成穩(wěn)固的菱形橫向穩(wěn)定系統(tǒng)(圖5)。索塔內(nèi)設(shè)有一個豎井，安裝了爬梯、機電設(shè)施及由齒輪帶動的升降機。每座索塔由三段截面不同的塔身組成，以中央塔為例，塔身截面由下而上分別為18 x 10m, 14 x 10m 及 5.5 x 10m，段與段之間由一個轉(zhuǎn)換層連接，從而將索塔內(nèi)巨大的應(yīng)力有效地分布及傳遞至下段。
圖 5 橋塔
索塔主要以滑模建造法建成?；b置由高1.2m的內(nèi)外鋼板組成滑模工程晝夜不停進行，模板的上移速度約為每天3.5m。
由于鋼拉索錨箱將巨大的索力轉(zhuǎn)至混凝土索塔 (圖6)，混凝土塔頂中需設(shè)置預(yù)應(yīng)力鋼筋及水平環(huán)形鋼筋束加固。預(yù)應(yīng)力鋼筋束依循塔身的弧度安裝，垂直間距約為0.68m至2.44m。
圖 6 鋼拉索錨箱和塔頂?shù)倪B接
(3)主梁
主梁由鋼梁及混凝土板疊合建成，每條主梁由87 節(jié)標準梁段組裝而成，每節(jié)長13.5m、寬18.77m、厚1.78m(圖7)。主梁使用4 索面斜拉索以半飄浮體系承托，大大縮減主梁的橫向跨距。以一座設(shè)置6車道及雙路肩的斜拉橋來說，這樣纖薄的梁身，實屬罕見。另外，薄身的主梁有助提升橋梁的抗風穩(wěn)定性。
每節(jié)梁段的鋼格柵均由兩條縱向及三條橫向鋼梁所組成，上面鋪上12塊預(yù)制混凝土橋面板，再在面板接縫澆灌混凝土。鋼格柵預(yù)先在工場以焊接方式拼裝，而梁段則在工地以高拉力摩擦螺栓拼接。
圖 7 主梁
(4)斜拉索
斜拉索采用高強度鍍鋅平行鋼絞線(圖8 、圖9)，共384根，另外縱向及橫向穩(wěn)定索分別有64及8根，總重共3,060噸。每根拉索的鋼絞線數(shù)量不一，由最小17至最多58根。每根拉索均裝設(shè)3重防腐保護措施，除了鋼絲經(jīng)鍍鋅處理外，每根鋼絞線還包上高密度PE套，最后在整束絞線再套上高密度PE保護套，此保護套表面纏繞螺旋線，以抑制拉索的風雨振。橋塔的縱向及橫向穩(wěn)定索更裝上阻尼器，在竣工后的9年內(nèi)，沒有發(fā)生任何超出規(guī)范的風雨振。拉索張拉采用鋼絞線張拉法，只需使用輕便手提式單索千斤頂，此張拉法更能令鋼絞線索力一步到位，不用進行多次索力調(diào)整，具省時和省卻大型機械的優(yōu)點。
圖8 鋼塔頭內(nèi)的錨固
圖 9 錨固
(5) 整流罩及縱向穩(wěn)定索
由于橋面寬、跨度大、及香港位處臺風地帶，風力強大，為確保大橋抗風穩(wěn)定性，主梁須進行節(jié)段和全橋氣動彈性模型風洞試驗，對橋梁風致振動進行了全面的分析研究。根據(jù)試驗結(jié)果，施工狀態(tài)在最不利的 +5° 風攻角時的顫振臨界風速大于63 m/s；成橋狀態(tài)在 0° 風攻角時顫振臨界風速大于101m/s，完全滿足抗風穩(wěn)定性要求。
為提高主梁氣動穩(wěn)定性，橋身邊緣設(shè)置整流罩，在進行節(jié)段模型風洞測試時，共測試30多種主梁和整流罩的不同組合。由于橋塔采用獨柱式設(shè)計，縱向剛度比較低，故中央塔須加裝縱向穩(wěn)定索，在全橋氣動彈性模型測試中，確定了縱向穩(wěn)定索能大幅減少中央塔因強風引致的過度撓曲及位移，完全滿足設(shè)計和規(guī)范的要求?？v向穩(wěn)定索長465m，位冠世界最長的斜拉索。
3．汀九橋工程的招標、設(shè)計和建造
?。?）招標
由于汀九橋?qū)ο愀鄣慕煌ňW(wǎng)絡(luò)非常重要，故此需在最短的時間內(nèi)竣工，工程合約以 “設(shè)計及建造”的形式批出，使建造和設(shè)計工作能在相若的時間內(nèi)同步進行，建造工程在合約批出后約四個月隨即開展。最后整個“設(shè)計及建造”的工程僅在44個月內(nèi)完成。
（2）設(shè)計
時間、經(jīng)濟和外觀是本橋設(shè)計時三個必須謹重考慮的因素，本橋的設(shè)計充分反映出設(shè)計師在這些方面所付出的心思，從以達致完美的效果，當中包括：
1）為能達至省時和減省成本的目的，斜拉索采用4索面的方案，可使橫向的跨度縮短，從而把主梁的重量減輕及將整體結(jié)構(gòu)自重降低，同時亦使索塔和主梁外形變得纖巧和富時代感。另外，在設(shè)計索塔外型時，亦考慮使用快捷省時的滑模施工方法。
2）一般混凝土索塔，外表乏味，但汀九橋索塔頂部外加裝了黃色鋼拉索錨箱，配襯菱形橫向穩(wěn)定索系統(tǒng)及主梁下的一對白色鋼橫梁，此混合布置外形優(yōu)美，整座索塔恰似古代帆船的桅桿，與周圍環(huán)境構(gòu)成一幅美麗的圖畫，體現(xiàn)了藝術(shù)和技術(shù)天衣無縫的配合。
圖 10 橋南端岸邊船舶防撞設(shè)施
(3) 建造
較特別的工程項目包括：
1）建造三座索塔的船舶防撞設(shè)施中，其中以青衣塔的馬蹄形混凝土結(jié)構(gòu) (圖10)難度最高。它高28m，其中20m置于水面以下，須采用爆破方法在水底開鑿石坑，然后在石坑內(nèi)安放96根H型預(yù)制鋼筋混凝土樁柱，筑成一道半徑為29m的馬蹄形圍堰。圍堰樁柱嵌接臨時鋼導架加固后，并用導管法在石坑澆灌水下混凝土加固樁柱底部，然后澆灌混凝土填滿樁柱間之空隙筑成防水圍堰，當圍堰內(nèi)的海水排凈后，澆灌約8,000m3的混凝土筑成平坦的地臺，繼而在地臺中心位置澆筑橋塔基礎(chǔ)，最后在外圍筑建約10,000m3的馬蹄形船只防撞結(jié)構(gòu)。
圖11 橋塔頂部的建造程序
2）索塔建造時，須解決在200m高空將重達200t的鋼拉索錨箱和混凝土塔頂?shù)难b嵌問題。在建造混凝土塔頂時，先以滑模法澆筑狀似音叉的南北支柱，然后在頂部裝上臨時的懸臂式支架，再在支架上加裝重型吊機把鋼拉索錨箱從地面吊升至塔頂東西兩端就位(圖11)，然后于鋼拉索錨箱與索塔間之空隙澆滿混凝土，待混凝土強度足夠后，再張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋將鋼拉索錨箱牢牢鎖固于混凝土塔柱上。
3）至于架設(shè)標準梁段時，需使用置于橋面末端的起重機吊裝預(yù)先裝嵌的橋身鋼格柵，然后張拉拉索及鋪設(shè)預(yù)制混凝土橋面板，最后澆灌混凝土橋面板的接縫(圖12)。而位于索塔兩側(cè)的鋼格柵則使用安裝在塔頂?shù)闹匦偷鯔C吊裝 (圖13)。由于主梁兩端位于土坡之上，不能用平板拖車或躉船運送橋身鋼格柵就位，所以須用擺臂起重機將橋身鋼格柵的構(gòu)件逐一吊起，再在現(xiàn)場架設(shè)。架設(shè)每節(jié)標準梁段需時4天，全橋75節(jié)標準梁段則在4個月內(nèi)裝嵌完成。
圖 12吊裝梁段
4．橋梁的巡檢通道和結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)
汀九橋在設(shè)計時已充分考慮巡檢通道的要求，以便日后進行養(yǎng)護工作。除了在每座索塔內(nèi)均安裝電梯和人行梯 外，在主梁底設(shè)有永久的移動平臺，更為拉索和索塔設(shè)置巡檢小車，以便檢測人員可在近距離檢測有關(guān)結(jié)構(gòu)。橋上亦安裝了一套橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng) (橋監(jiān)系統(tǒng))，主要是考慮到傳統(tǒng)的檢查方法無法全面評估整座橋梁的結(jié)構(gòu)健康和安全狀況。橋監(jiān)系統(tǒng)的作用是監(jiān)測大橋在服役期的結(jié)構(gòu)健康變化和進行結(jié)構(gòu)評估工作，以作出配合的應(yīng)
變措施，例如進行特別檢查和維修等工作。橋監(jiān)系統(tǒng)配備300多個傳感器及有關(guān)附件，其中包括風速儀、溫度儀、應(yīng)變儀、車重量度儀、加速儀、位移儀、人造衛(wèi)星定位系統(tǒng)等。
圖 13 橋塔下梁段的架設(shè)
5.主要技術(shù)特點和創(chuàng)新點
(1)汀九橋成功地解決多項復雜的工程問題，包括建造海中基礎(chǔ)、澆灌大體積混凝土結(jié)構(gòu)、高空裝嵌鋼拉索錨箱于混凝土索塔外及安裝超長縱向穩(wěn)定斜拉索。
(2)工程合約以“設(shè)計及建造”形式批出，促使大橋僅在44個月內(nèi)竣工。
(3)首次在國內(nèi)使用4索面、獨柱式索塔和特薄主梁的斜拉橋設(shè)計，大大減少所需建材，達致經(jīng)濟及快捷的目標。
(4)一般混凝土索塔外表乏味，而汀九橋索塔卻體現(xiàn)了藝術(shù)和技術(shù)的完美結(jié)合，大橋外貌極具時代感，三座索塔儼如帆船的桅桿，矗立于藍巴勒海峽，構(gòu)成一幅美麗的圖畫。
(5)首創(chuàng)于索塔頂部外裝置巨型鋼拉索錨箱，以解決安放大量錨固于索塔內(nèi)的問題。以中央塔為例，共有160個拉索錨固，數(shù)目之多，締造了世界紀錄。索塔縱向穩(wěn)定索亦是全世界最長的斜拉索。
(6)汀九橋具極強的抗風穩(wěn)定性，除索塔穩(wěn)定索外，其余斜拉索均不須加裝阻尼器，大橋啟用至今，并沒有出現(xiàn)任何超出規(guī)范的的風雨振。
汀九橋的設(shè)計獨特而創(chuàng)新，施工技術(shù)水平達世界領(lǐng)先地位，曾獲詹天佑土木工程大獎，被世界橋梁界選為20世紀最美麗的15座橋梁之一。
6. 有關(guān)資料
橋名 : 汀九橋
橋型 : 三塔四索面四孔連續(xù)加勁梁斜拉橋
主跨徑 : 475m + 448m
橋址 : 香港特別行政區(qū)
設(shè)計單位 : 由德國舒拉茲波格曼結(jié)構(gòu)工程師與香港博威工程顧問有限公司聯(lián)營
施工單位 : 汀九聯(lián)營建筑公司 (由西班牙艾氏安立公司、新西蘭德能有限公司、德國旭建有限公司和香港保華建筑有限公司聯(lián)營)
混凝土用量 : 58,000m3
鋼材用量 : 10,500t
造價 : 20 億港元
建成日期 : 1998年5月
