簡(jiǎn)介： 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際機場(chǎng)的航道下，因為有海洋和航空的航道限制，所以橋塔和橋面高度受到嚴格限制。由于需要較長(cháng)的凈跨及較矮的橋塔可行的解決方法是使用主跨長(cháng)1300～1450m的吊橋。

　　關(guān)鍵字：懸索橋 初步設計

　　一、引言

　　連接香港島至離島大嶼山的“青嶼干線(xiàn)”已于1997年順利通車(chē)�！扒鄮Z干線(xiàn)”由全世界最長(cháng)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(xiàn)通車(chē)后三年，香港特別行政區政府積極進(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計已于 1999年完成，詳細設計亦于本年年初開(kāi)始進(jìn)行，工程預計于2002年動(dòng)工，約2007年竣工。橋梁位于新的香港國際機場(chǎng)航道之下，飛機航道嚴重限制了橋塔高度。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�；�于上述限制，青龍大橋將會(huì )以一座主跨1418m長(cháng)的吊橋形式興建，這跨度比青馬大橋還要長(cháng)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．導致橋梁的設計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)部份的初步設計，更引伸至最近研究中的橋面設計，預計新的設計比初步設計更先進(jìn)，提供更優(yōu)良的空氣動(dòng)力所需要的穩定程度。

　　完成后，青龍大橋將會(huì )位于全世界長(cháng)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(xiàn)可行性研究”（Lantau FIXed Crossing Feasibility Study）指出，有需要建設兩條連接道，連接北大嶼山和本港其余地區。第一條連接路稱(chēng)為“青嶼干線(xiàn)”（Lantau Link），已于 1997年 5月22日通車(chē)。

　　1992年的“第二次整體運輸研究更新本”（Updating of the Second Comprehensive Transport Study）再度研討這交通需求，并已預測如要應付建議中大嶼山的新發(fā)展，當局便須于2006年前建成第二條連接以 1995年的“全港發(fā)展策略重研”（Territorial Development Strategy Review）預測，全港人口在 2011年將達到 750萬(wàn)～810萬(wàn)。此報告預測新界西北部人口將會(huì )大幅增長(cháng)，導致該發(fā)展區與市區的交通需求大增。交通預測顯示，當局有需要以新干線(xiàn)連接大嶼山與元朗，稱(chēng)為十號干線(xiàn)——北大嶼山至元朗公路（Route 10- North Lantau to yuen Long Highway），這條干線(xiàn)與十號干線(xiàn)——港島至大嶼山連接路（Route 10——HongKong Lantau Link）、連接堅尼地城至香港仔段的七號干線(xiàn)（Route 7）、后海灣干線(xiàn)（Deep Bay Link）和深圳西部通道（Shenzhen Western Corridor）將形成一條重要的“西部公路”（Western Highway），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”（Sham Tseng Link Feasibility Study）。這報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，將十號干線(xiàn)接駁到北面的青龍頭地段，又由于地勢的關(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(xiàn)再如北面走。

　　1998年3月，路政署委聘顧問(wèn)公司進(jìn)行“十號干線(xiàn)（北大嶼山至元朗公路）勘察及初步設計工作”，以重新研討可行性研究的結果，并且更準確地確定土地需求，勘察這條路線(xiàn)對環(huán)境、海事、排水、交通及其它地區的影響，以及開(kāi)始進(jìn)行這項目工程的初步設計工作。青龍大橋的初步設計及環(huán)境影響評估亦在這階段進(jìn)行，全部過(guò)程亦與1999年11月完成。

　　2.勘察及初步設計工作目標

　　大橋的勘察及初步設計工作的主要目標，是查核可行性研究中對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(xiàn)、配置和設計，提出對該項目完善而具成本效益的初步設計，并已落實(shí)為該項目作進(jìn)一步的詳細設計。

　　為要在設計階段達到以上目標，在勘察及初步設計工作內，顧問(wèn)公司進(jìn)行了各方面的影響評估．以確保本項目在興建和通車(chē)階段，皆能達到政府的所有要求、標準、指引。本項目所需要的土地將會(huì )根據“道路（工程、使用及補償）條例”在實(shí)報上公報有關(guān)項目，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、運作和維修的策略。

　　二．青龍大橋初步設計

　　1.設計規定

　　此橋是雙程三線(xiàn)分隔行車(chē)道，每條行事道有 11m寬。旁跨會(huì )建設 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)徑等設施。

　　由于大橋位于機場(chǎng)及馬灣海峽的航道中。大橋的設計受制于以下兩項規限：

　�。╨）香港機場(chǎng)（管制障礙物）法例，限制了青龍大橋的橋塔高度，在橋塔設計的位置，北面橋塔的凈空為+175m，而南面則為+184m.加上有需要預留適當的空間以作興建橋塔之用，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）。至于風(fēng)速研究方面；一項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)速設計，以重現期為120年作設計標準，應設定每小時(shí)橋面平均風(fēng)速為45m／s.

　　橋梁的斷面形狀復雜，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)響應相當困難。故此設計中為解決其抗風(fēng)性能時(shí)，包括了詳盡的風(fēng)洞模型測試。風(fēng)洞模型測試，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：測試項目包括主梁節段模型作氣動(dòng)及非氣動(dòng)彈性響應測試；另外又以地型模型進(jìn)行了風(fēng)洞實(shí)驗，和測試整體模型的氣動(dòng)彈性，包括全橋完成狀態(tài)、架設狀態(tài)、及獨立橋塔狀態(tài)等。

　　地震設計方面，則將會(huì )以香港現有及源自廣東省地震局的地震資料及反應港作為基準。大橋設計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.總體設計

　　青龍大橋橋梁的主跨為1418m.因為旁跨是彎曲的，所以不能由主線(xiàn)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

　　因為屯門(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。預計地基將包含預制的混凝土流箱，先將沉箱拖運到適當位置，然后沉下至已預備好的巖床。橋塔會(huì )受到填海和海堤保護。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（主水平基準面），建于廣闊的石層之上。海岸線(xiàn)將會(huì )得以保留。

　　初步設計已確定了橋塔會(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。至于混凝土的規格則會(huì )在詳細設計時(shí)制定，以確�；炷�土的耐久性能適應海洋環(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(cháng)、27m深）內分為多組散開(kāi)。各級鋼索將會(huì )穿過(guò)巖石中預鉆的洞孔，直接牢固在地下約對20～40m深的的三條橫向坑道內（坑道均長(cháng)60～80m）。

　　南面錨錠的位置是根據南橋塔和公路路線(xiàn)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以主水平基準面）。因為工地相對來(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(cháng)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計，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)濟和實(shí)用效益。

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

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

　　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)，橋面則架設在橋塔橫梁上的軸承。主跨的總長(cháng)度為1，418m，即77 * 18m＋2*16m.

　　由于橋塔高度受飛機航道限制，因此主線(xiàn)的垂度較理想的設計為�。ㄖ骺�/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，設計是使用強力的鋼絲，以預制纜束方法建造。初步設計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

　　旁跨的設計是采用預應力混凝土箱形梁。旁跨能夠配合公路的弧度，可獨立于主跨而建筑。北跨的總長(cháng)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(cháng)的兩段將預留加闊路肩及路面，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(cháng) 180m的路跨。

　　7.運作和維修

　　在運作或維修階段將會(huì )采用交通控制及監察系統來(lái)調節橋上的交通。橋中有檢查和維修專(zhuān)用的通道，大橋的結構健全監控系統的主要條件亦已確定。

　　三、青龍大橋-新構思的主梁

　　1.前言

　　完成初步設計后，香港特別行政區政府于本年二月，委任新的顧問(wèn)工程公司為青龍大橋進(jìn)行詳細設計、制訂工程合約、甄選適合的承建商進(jìn)行興建、及監查工程的進(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），預計G3主梁校初步設計的主梁有更佳的抗風(fēng)表現。圖5展示新主梁的橫切面。這設計原自意大利 Messina Crossing的主梁設計，設計在歐洲經(jīng)過(guò)長(cháng)時(shí)間的測試，證明有非常優(yōu)良的抗風(fēng)表現。在高速下，主梁的兩個(gè)箱形鋼橋身會(huì )保持上下振動(dòng)，并不依靠傳統主梁的的扭力系統來(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)力中的穩定性，預計將會(huì )有以下顯著(zhù)的優(yōu)點(diǎn)：

　�。�1）G3主梁將會(huì )較初步設計的主梁為輕，不單可節省主梁的成本，更可減輕主鋼纜、懸垂纜索、橋塔、錨錠及地基的負荷。

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

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

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

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

　�。�6）預計橋梁能以較便宜和較短的建筑時(shí)間完成。

　　3.抗風(fēng)設計

　　G3主梁的風(fēng)洞節段模型測試，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)洞測試結果，G3主梁的空氣動(dòng)力穩定性得以引證。當然，測試仍在早期階段。詳細的設計還有待進(jìn)一步的探討和確立。

　　四、結論

　　前文詳細描述了香港特別行政區政府，采取了一系列的程序，將一項主要道路橋梁工程，從構思逐步邁向建設。在青龍大橋設計方面，從傳統的橋架設計，吸取經(jīng)驗，引進(jìn)其他先進(jìn)理論，配合詳盡的實(shí)驗測試，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，預計在很短的未來(lái)，G3主梁將會(huì )成為新一代懸索大橋的研究焦點(diǎn)。