2006年11月，在泰州長江公路大橋設計推薦方案的選擇上，業內分歧十分明顯。選用主跨1328m兩塔三跨懸索橋，被認為技術成熟，但主墩設置在深水區；選用主跨2000m以上懸索橋，則造價高。最終，主跨2×1080m三塔懸索橋方案作為推薦方案被採納。當時，智利查考海峽大橋大跨度三塔懸索橋雖然經過多年研究，並未實質性實施，世界上建成的跨度最大的多塔懸索橋跨度為240m。
一年以後，馬鞍山長江大橋力排眾議，同樣選用三塔懸索橋作為實施方案。其後，鸚鵡洲橋選用了三塔四跨結合梁懸索橋，甌江北口橋選用了三塔四跨雙層懸索橋。
10年來，國內還建成了福州螺洲大橋、銀川濱河大橋等中小跨度三塔懸索橋，在建的三塔懸索橋有溫州甌江北口大橋、襄陽龐公大橋。此外，長江下游、海灣通道方案研究中，常以三塔懸索橋作為推薦方案。這些三塔懸索橋結構形式各不相同，都表現出對建設條件良好的適應性。
與傳統的兩塔懸索橋相比，雖然都是以懸索為承重結構，體系上的差別十分顯著。根本原因在於，具有兩個主跨的懸索橋，其控制性工況、結構約束體系均與傳統兩塔懸索橋不同。包括主纜與主塔間的約束關係不同，即主纜對中塔塔頂的約束較兩塔懸索橋弱；加載工況不同，理論上會出現一個主跨滿載、一個主跨空載的極端工況；習慣用來反映橋跨結構剛度的撓跨比（撓度/跨度）的物理意義不同。
三塔懸索橋的出世
長期以來，特大跨度橋樑一直是懸索橋的固有領地，源於懸索橋的結構特徵：一是主梁基本不受軸向力，主梁的截面尺寸與跨度沒有對應關係；二是主塔縱向受到主纜強勁約束，穩定問題不突出；三是錨碇可以設計成重力式結構；四是由高強度鋼絲編織而成的主纜是受拉結構，沒有受壓失穩的問題，主纜全長範圍內沒有截面削弱，並且受力相差不大；五是吊索是豎直拉索，吊索自重不會造成剛度折減，吊索風振問題不突出；六是地錨式懸索橋水平地震慣性力的大部分經主纜傳力到錨碇，結構抗震性能好。產業方面，我國主纜、吊索、鋼樑工廠效率高、產能大。
伴隨通航要求日益提高，國內懸索橋跨度迅速突破，多個工程在研究跨度2000m以上懸索橋方案。
隨著跨度的增加，懸索橋的工程造價迅速增加。同時對風的敏感性增加，抗風穩定性需要更加嚴格的技術保障。為了充分應用懸索橋的跨越能力，在不加大主跨跨度的前提下，採用幾個主跨跨越寬闊水域，一直是設計者的夢想。美國、歐洲、日本一直在探索建設三塔懸索橋。約20年前，我國在青島海灣大橋、陽邏長江大橋方案研究中提出過三塔懸索橋方案，認識到需要解決的關鍵技術問題。
有了明確的需求，再加上製造業支持，以及對關鍵技術問題的清晰認識，我國將世界三塔懸索橋的跨度，從之前的240m一步推進到1080m。
豐富多樣的嘗試與突破
三塔懸索橋方案對泰州長江公路大橋的適應性
泰州長江公路大橋橋位區河流是下游心灘的分流區，深泓在右側，河床中部範圍河床面高程在-15～-16m之間，適合擺放主墩基礎。主通航孔通航凈空為760×50m，並需要為船舶進出錨地留出220×24m的專用航道，需要兩個通航孔；橋址區船舶航行繁忙，需要儘量減少水中基礎，並為兩岸船舶進出碼頭留出近岸的航行通道。據此採用主跨2×1080m、中間淺水區設置一個主墩、南北主塔在岸上的三塔懸索橋（見圖1）。該橋2012年11月通車，是首座大跨徑三塔懸索橋，實現了以懸索為承載結構橋式的突破；首次採用縱向人字形鋼結構主塔，作為主要技術路線解決關鍵技術難題；實施了入土深度最大的水中沉井基礎，實現了大型水中基礎適用與經濟的良好統一。此後，人字形鋼中塔和水上大型沉井基礎技術得以推廣。
圖1
馬鞍山長江大橋採用三塔懸索橋的河道特徵
牛屯河邊灘治理之前，馬鞍山大橋橋址區河道不斷調整。40多年來，深泓擺動最大幅度約1200m，相應航道位置發生變化。通航要求單孔雙向凈寬不小於790m，並要求「為增強對航道變化的適應性，橋型方案儘可能覆蓋通航水域擺動範圍」。主跨2×1080m三塔懸索橋，較好地適應了深泓線和航道的變化（見圖2）。
圖2
為適應水位變化，中塔選用了下端鋼筋混凝土結構、上端鋼結構的混合塔；為進一步改善主纜與中塔鞍座的抗滑移性能，加勁梁與中塔下塔柱固結（見圖3）。
圖3
鸚鵡洲長江大橋三塔四跨結合梁懸索橋
鸚鵡洲長江大橋位於武漢市中心城區，距下游長江大橋約2.0km，長江大橋通航孔跨度128m。橋址區上下行航道均在水面中線左側，航道位置受水位變化影響，洪水期航道靠岸邊，需要採用較大的跨度覆蓋變化的航道寬度；右岸武昌岸有造船廠專用航道。河道整治規劃要在水面中央建造長順壩，該處適合放置主塔基礎；兩岸江灘公園是市民休閒中心，左岸江灘建設橋樑主題公園；兩岸均有防洪大堤需要跨越，三塔四跨成為合理選擇。
與三塔兩跨懸索橋相比，三塔四跨懸索橋在安裝控制、線形保障上有更高的要求，需要更加嚴密的技術保證；採用結合梁做大跨度懸索橋加勁梁，相應架設方式、加勁梁支承方式均有特色。首次採用新型錨碇沉井基礎，適應城市中心區密集高層建築環境下施工，保障沉井周邊地貌的原狀特徵。
溫州甌江北口大橋三塔四跨雙層懸索橋
溫州甌江北口大橋距溫州永強機場約8.5km，橋軸線正對規劃跑道方向，航空限高要求橋塔塔頂高程不超過154m；橋位處有兩處航道，通航凈空分別為474×53.5m、274×53.5m，需要兩個通航孔；橋位上下游各預留600m岸線，用於建設萬噸級碼頭（見圖4），主塔只能設置在碼頭前沿線之內。該橋上受航空限制、下有53.5m通航凈高，必須充分利用懸索橋橋面以上主塔相對不高的優勢，在主塔位置受碼頭前沿線限制、跨度明確的前提下，利用懸索橋的跨越能力，布置三塔懸索橋。
圖4
平面上，北岸在機場雷達站和控制性建築物之間通過，南岸靈昆島上則受規劃碼頭約束；甬台溫高速公路複線、溫州市G228、市域鐵路S2線需要從狹窄通道經過，採用了高速公路和G228共線的雙層布置共線過江方案（見圖5）。
圖5
該橋之前的三座三塔懸索橋，中塔均利用鋼結構的變形能力，減小兩側主纜拉力差值，防止主纜與鞍座間滑移。該橋通過增加主纜與鞍座間摩擦力防止出現滑移，具備了中塔採用A形鋼筋混凝土塔的條件，通過在主纜各列束股間設置整體式鋼隔板，充分利用各列束股側壓力產生的摩擦力，大幅度降低中塔工程造價，提高三塔懸索橋總體剛度（見圖6）。
圖6
為充分利用通道資源、降低造價，該橋研究了高速公路、G228、市域鐵路S2共線過江的「三橋合一」三塔懸索橋方案，地鐵S2線布置在下層橋面的挑臂上（見圖7）。
圖7
研究表明，「三橋合一」可以實現水面以上和地下通道資源集約利用；公路與軌道交通合建可以實現大跨度橋樑結構尺寸互補，保障鐵路行駛對結構側向剛度的要求。大跨度公路橋活載與恆載的比例相對小、鐵路橋則活載較大，通過合建可有效均衡活載與恆載的比例。建設人員針對該三塔懸索橋是否具備S2線的結構剛度開展了研究，分析表明，由於合建後恆載較重，結構具備了足夠的遏制振動的質量，車體豎向振動加速度，乘客舒適度指標滿足要求；儘管總體計算得出的撓跨比較大，仍然具有較好的軌道平順性，經採用合理的橋面繫結構，可滿足S2線要求的各項平順性指標。
襄陽龐公大橋與福州螺洲大橋
龐公大橋連接襄陽市襄城與樊城、跨越漢江，距上游漢江大橋780m，通航要求一跨跨過北側通航水域。為泄洪需要，南側淺洪區不布設錨碇，採用了主跨2×378m三塔懸索橋，兩個主跨覆蓋全部水域，錨碇布置在大堤背水面。該橋採用結合梁以降低活載與恆載的比例、採用鋼塔適應中塔塔頂位移，協調解決三塔懸索橋關鍵技術問題（圖8）。
圖8
福州螺洲大橋主跨2×168m自錨式三塔懸索橋，同樣採用結合梁作加勁梁，以獲得必要的恆載並改善路面工作條件。為解決主纜與中塔鞍座間抗滑移問題，初步設計採用鞍座下設滾軸支座降低中塔兩側拉力差值，後因滾軸支座對位移較為敏感而放棄。經磋商採用了不同於其他三塔懸索橋的抗滑移指標。
瓊州海峽跨海通道公鐵兩用三塔懸索橋方案
瓊州海峽西線位水域寬40.4km，靠海南一側平均水深40m以上（見圖9），中通航孔布置在該區域，初步研究得出中通航孔的通航凈空為單孔單向1270×73m，具有水深、深水範圍大、通航要求高的特點。針對西線重點研究了公鐵合建橋樑方案，以2×1408m三塔懸索橋對應兩個單孔單向通航要求（見圖10），同步研究主跨1408m兩塔三跨共用錨碇懸索橋。基於同樣通航功能，三塔懸索橋只有兩個錨碇、3個主塔，共用錨碇兩塔懸索橋需要3個錨碇、4個主塔，三塔懸索橋經濟性十分顯著。
圖9
圖10
由於一個橋跨內一線軌道只可能通行一列貨運或客運列車，列車加載長度和牽引質量都由技術標準明確限定，不會隨橋樑跨度增加而增加。該公鐵兩用三塔懸索橋活載與恆載的比值，得以控制在結構設計的合理範圍，主纜與中塔鞍座的抗滑移問題可以方便得到解決。三塔懸索橋方案由於結構以中塔為對稱，體系上可在中塔限制加勁梁縱向移動，軌道縱向穩定性得以改善。
三塔（多塔）懸索橋發展展望
已經具備推廣到四塔以上的條件
甌江北口橋中塔選用相對剛性的A形鋼筋混凝土塔，極端工況下塔頂位移±0.15m，只有泰州橋的8.6%；兩側主纜拉力的水平分量差值34000KN，是泰州橋2.7倍，活載下主纜在中塔塔頂處接近於錨固，已經可以不考慮活載作用時主纜對中塔塔頂的縱向約束效應，為擴展到4個以上主塔提供了根本保證。國內纜索製造實現了高效、大規模工業製造，單根束股重量業已達到150t，用作127絲5.25mm直徑，束股長度可到6000m以上。貴黃高速公路陽寶山大橋研究並採用了空中編絲形成主纜，突破了主纜連續長度的限制。基礎方面，甌江北口橋中塔基礎頂面彎矩約100萬tm，國內在建鐵路橋基礎受力已經超過這個量值，經發展後可進一步提高。可以認為，基於目前國內的設計、施工、工業製造技術，已經具備了推廣到四塔以上的大跨度懸索橋的條件。
適合於通航條件複雜的寬闊水域
國內已建成的大跨度三塔懸索橋，橋型均以滿足複雜條件的通航為依據選取。瓊州海峽通道方案研究，以三塔懸索橋的兩個大跨覆蓋深水區，減少了基礎和主塔數量；襄陽龐公橋用南主跨覆蓋泄洪水域。基於滿足通航要求、降低工程造價，三塔（多塔）懸索橋顯示出巨大的技術經濟優勢。
適用的跨度範圍和結構形式
從螺洲橋的2×168m，到瓊州海峽橋樑方案的2×1408m，針對不同的活載占比，採用不同的技術路線。螺洲橋初步設計中，研究了主鞍座底下設大噸位支座的方案，該技術路線已在山區懸索橋中得到推廣應用。國內三塔懸索橋結構形式豐富多樣，有三塔兩跨和三塔四跨；加勁梁有鋼箱梁、鋼桁梁、結合梁；中塔有鋼塔、混合塔、鋼筋混凝土塔；結構體系也各不相同，如泰州橋的縱向彈性索、馬鞍山橋塔梁固結、鸚鵡洲橋加勁梁在中塔處非連續、甌江北口橋縱飄。技術路線、結構體系、結構選型各不相同，反映出國內對於三塔懸索橋技術的全面掌握，可以根據建設條件自由選擇，為三塔（多塔）懸索橋發展打下了堅實基礎。
一個世紀前，三塔懸索橋的技術經濟優勢就已為業界知悉，歐、美、日都作過技術探討。然而，建成的一些中小跨度多塔懸索橋，採用在塔頂設置水平拉索、或者主纜在塔頂錨固的方式，不具有推廣到大跨度多塔懸索橋的可行性，建成的最大跨度多塔懸索橋跨度為240m。2006年起，我國工程師經充分研究，將多塔懸索橋跨度一步推進到1000m以上，並在隨後建成了跨度成系列、結構體系和結構形式多樣的三塔懸索橋，以適應各自的工程特點，業已具備了推廣與發展的條件，三塔（多塔）是懸索橋重要發展方向。
本文刊載 /《橋樑》雜誌 2019年 第5期 總第91期
作者 / 萬田保
作者單位 / 中鐵大橋勘測設計院集團有限公司