标题：矮寨特大悬索桥
简介
矮寨特大悬索桥位于湖南湘西。矮寨悬索桥桥距吉首市区约20公里，跨越矮寨镇附近的山谷，德夯河流经谷底，桥面设计标高与地面高差达330米左右。桥型方案为钢桁加劲梁单跨悬索桥，全  矮寨特大悬索桥1073.65m，悬索桥的主跨为1176m。该桥跨越矮寨大峡谷，据不完全统计，该桥主跨暂居中国第5（从大到小分别为西堠门桥、润扬桥、江阴桥、青马桥）。渝湘高速于2012年3月31日正式通车。
矮寨特大悬索桥：世界上跨峡谷跨径最大的钢桁梁悬索桥，毫米粗导绳将拉通万吨钢缆据。中国第2高桥（第一高为四渡河特大桥，高560M）。
技术标准
矮寨大桥为四车道高速公路特大桥，设计车速80km/h，设计汽车荷载为公路-1级，桥面设计风速34.9m/s。地震动峰值加速度0.05g，地震动反应谱特征周期为0.35s。
四项世界第一
一是大桥主跨1176米，跨峡谷悬索桥创世界第一；矮寨大桥图片(18张)
二是首次采用塔、梁完全分离的结构设计方案，创世界第一；
三是首次采用“轨索滑移法”架设钢桁梁，创世界第一；
四是首次采用岩锚吊索结构，并用碳纤维作为预应力筋材，创世界第一。
施工难题
矮寨特大悬索桥位于湖南湘西州吉首市矮寨镇，系在建的吉首至茶洞高速公路的控制性工程，距吉首市约20公里，横跨德夯大峡谷，落差达400多米。  矮寨大桥图片
特殊的地形地貌让这座世界级的峡谷大桥面临五大“世界级”施工难题：
一、地形险要。桥面到峡谷底高差达330米，两岸索塔位置距离悬崖边缘仅70至100米；
二、地质复杂。桥位处存在岩堆、岩溶、裂隙和危岩体等不良地质现象；
三、峡谷多雾。据统计，瞬间最大风速为31.9米/秒；
四、吊装难。主缆及钢桁梁在300至400米高空架设，单件吊装最大重量达120吨；
五、运输难。土建工程运量大，仅钢材、水泥、砂石的材料运输总量就达18万吨。
世界第一
轨索移梁首次采用轨索移梁工艺进行主桁梁架设。轨索移梁法即利用大桥永久吊索，在其下端安装水平轨索，再将水平轨索张紧作为加劲梁的运梁轨道，实现由跨中往两端节段拼装大桥的钢桁加劲梁。相对于桥面吊机拼装方案，轨索移梁方案可大大减少钢桁梁的高空拼装作业，既可节省工期和节约投资，又有利于保证施工安全及施工质量。  矮寨大桥图片塔梁分离首次采用塔梁完全分离结构。一般悬索桥设计中，塔与梁相接，但矮寨大桥索塔位置距悬崖边缘仅70-100米，下面即是数百米高的谷底，地形比较特殊。使用塔梁完全分离结构可以最大限度减少对山体的开挖，缩短钢桁梁长度，节省投资。
技术难度
矮寨大峡谷是吉茶高速公路的必经之地，悬索桥方案成为最佳选择，矮寨特大悬索桥成为吉茶高速公路控制性工程。 
悬索桥，又名吊桥，即以通过索塔悬挂并锚固于两岸的缆索作为上部结构主要承重构件的桥梁。矮寨特大悬索桥一开始就与五大世界级难题狭路相逢——
地形险要：桥面到峡谷底高差达355米，两岸索塔位置距悬崖边缘仅70至100米。
地质复杂：索塔处存在岩堆、岩溶、裂隙和危岩体等不良地质现象。仅在吉首岸索塔基坑附近就发现大小溶洞18个，其中最大的溶洞体积近万立方米。
气象多变：峡谷多雾，瞬间最大风速为31.9米每秒，严重影响施工测量和主缆架设。
吊装难：主缆及钢桁梁在300至400米高空架设，单件吊装最大重量达120吨。
运输难：土建工程运量大，仅钢材、水泥、砂石等材料运输总量就达18万吨……
矮寨特大悬索桥由湖南交通规划勘察设计院设计。设计方案中，桥的两端直接与隧道相连，主线采用双向4车道高速公路标准，梁宽27米，路基宽度24.5米，设计车速为每小时80公里。
矮寨特大悬索桥的施工单位，是曾被国家交通部授予“中国桥梁十大英雄团队”的湖南省路桥集团公司。岩锚吊索首次在悬索桥上使用大型岩锚吊索。由于使用了塔梁分离式悬索桥结构，使钢桁梁长度小于主塔中心距，主缆存在无吊索区，吊索卸载应力为零的情况就会出现，并且对大桥的钢桁梁受力也有不利影响。因而，大桥采用岩锚吊索结构。在吉首岸设置1对岩锚吊索，茶峒岸设置2对岩锚吊索。岩锚吊索作为调节器，让主梁受力平衡。碳纤维预应力索首次采用碳纤维预应力索对岩锚底座进行锚固。将岩锚吊索所受的拉力传至地面岩体上，常规岩锚索预应力筋材采用钢绞线，矮寨大桥根据研究试验后采用了高性能的碳纤维作为预应力筋材，与传统钢绞线相比，碳纤维材料具有重量轻、强度高、耐腐蚀的特点，为桥梁的安全提供充分的保障。
工程进度
启动2007年10月，启动建设，桥面路基宽度24.5米，主跨达1176米。它是吉(首)茶(峒)高速公路的关键性  悬索桥建设工程，也是渝湘高速公路大动脉 。施工2010年3月28日 通过氦气飞艇，成功将先导索从茶峒段牵引至德夯大峡谷对岸的吉首段，进入主索缆施工阶段。
1.索桥调装
  飞艇把先导索从茶洞岸索塔牵引到吉首岸索塔2010年3月28日上午9时许，矮寨特大悬索桥茶洞岸端的施工现场，飞艇起飞前，工作人员做着最后的准备工作。9时10分，飞艇牵引着矮寨特大悬索桥先导索开始起飞升空，飞向峡谷对岸，而现场技术人员通过手中遥控装置准确地控制着飞艇飞行方向和高度。15分钟后，飞艇成功将先导索牵引到了对岸的巨型桥塔。“这标志着矮寨特大悬索桥正式进入上部构造施工阶段”湖南路桥建设集团矮寨特大悬索桥项目部总工程师张念来说，先导索虽然直径仅1毫米但承受的重量可达450公斤。据张念来介绍，“它是第一级绳的引导索。通过先导索再逐级把牵引绳放大，第二级绳直径将放到6毫米，接着是依次是直径为9毫、16毫米、22毫米的钢丝绳，一级一级加大，这样将桥主体结构从桥的一岸牵引到另一岸。矮寨特大悬索桥的主缆直径有85公分，分成169股，主缆预计在6月初施工，而桥面吊装预计要到2011年年初。　
2.飞艇牵引
飞艇把先导索从茶洞岸索塔牵引到吉首岸索塔飞艇牵引比直升飞机牵引节约48万元
“用飞艇的方式是比较高效、经济、安全的牵引方法。”张念来介绍，“因为所处位置是一个峡谷，风向多变，用直升飞对起飞场地比较苛刻，而飞艇体积比较小，对场地要求不高，只要有一块小空坪就行了，并飞艇牵引比较经济，直升飞机要60万，飞艇只要12万。飞艇引牵速度也比较快，15分钟就行了。”
矮寨特大悬索桥是吉茶高速公路项目关键控制性工程。吉首至茶洞高速公路是（渝湘高速）重庆高速公路至湖南长沙境内的一段，也是包头—茂名高速公路，简称包茂高速，中国国家高速公路网编号为G65的控制性工程。矮寨特大悬索桥(22张)
吉首至茶洞高速起于吉首市，终于湘黔渝三省（市）交界处的茶洞镇，路线全长64.3公里。作为该项目关键工程，矮寨特大悬索桥桥址距吉首市区约20公里，地处山区，桥位处山高谷深，跨越德夯大峡谷。桥面设计标高与地面高差达335米左右，山谷两侧悬崖距离在900米到1300米之间变化，地形地质条件复杂，施工难度大。
按照矮寨悬索桥设计方案，桥梁两端直接与隧道相连，主线采用双向4车道高速公路标准，设计车速为每小时80公里，路基宽度24.5米，悬索桥的主跨达1176米。
注解1：　包头—茂名高速公路，简称包茂高速，中国国家高速公路网编号为G65，起点在包头，途经鄂尔多斯、榆林、延安、富县、铜川、西安、安康、达州、重庆、南川、黔江、酉阳、秀山、吉首、怀化、桂林、钟山、梧州、岑溪、信宜、高州，  建设中的矮寨大桥（远景）终点在茂名，全长3130公里。
注解2：渝湘高速公路起于重庆巴南，经南川、彭水、黔江、酉阳、秀山等区县，最后到达湖南长沙，全长848公里，总投资477亿元，其中重庆段413.6公里，总投资超过300亿元。全线按四车道高速公路标准建设，设计时速80公里。渝湘高速路坐拥景色醉人的“乌江画廊”、“酉阳桃花源”“郁江画廊”，如一条银灰色的纽带，“串”起石林、金佛山、仙女山、芙蓉洞、龚滩古镇、洪安边城、凤凰古城等，在湖南境内接京珠高速，向南直抵珠江三角洲。
飞艇成功跨越跨度1176米的德夯大峡谷将矮寨特大悬索桥先导索从茶洞岸引牵到了吉 猫道飞架矮寨大峡谷，“天堑已然变通途”首岸，这标志着矮寨特大悬索桥正式进入上部构造施工阶段。
3. 2010年7月中旬， 完成猫道架设和验收；
4. 2010年10月20日，建设中的矮寨特大悬索桥的主缆完成了最后一根索股的架设，标志着大桥的索塔、主缆、钢桁梁三大主体工程完成了两项。矮寨特大悬索桥是国家高速公路重点规划的8条西部通道之一的长沙至重庆通道，湖南段的吉（首）茶（峒）高速公路中的重点工程，在吉首市矮寨  架通后照片镇上空330米处横跨德夯大峡谷。桥身全长约1073.65米，其中悬索桥的主跨1176米。矮寨悬索大桥项目启动预算7.9亿元，实际完工造价15亿元。，预计2011年年底建成通车。
5. 2011年8月20上午，随着最后一颗铆钉装嵌到位，被誉为“世界峡谷跨径最大钢桁梁悬索桥”的湘西矮寨大桥的钢桁梁正式合龙，标志着大桥的全部主体工程建设完工。通车2012年3月31日，创造了4个世界第一的矮寨大桥正式通车，意味着长沙至重庆高速公路的矮寨大桥架南北(2张)全线贯通，将改变湘西落后的交通状况，加强与渝、黔等西部各省市的联系，使湘西能够很好的融合在全省4小时经济圈之内。
2012年4月，第一个钢桁梁架设完毕。9月底，完成桥面板的铺设。
索桥意义
大桥建成后，矮寨公路堵车的现状将成为历史，而长沙到重庆、成都之间，再也不需要经历这惊心动魄 矮寨特大悬索桥的“公路奇观”了。不过，那时候，当汽车在世界第一峡谷钢拉悬索桥  架通后照片上行走时，那种感觉也足以让人心颤的。作为吉茶高速公路关键控制性工程，该桥的历史意义和现实意义也非常重大。吉茶高速公路是国家规划的八条西部公路大通道之一 ――长沙至重庆高速公路中的一段，是湘西北的重要出口。作为该线建设的重要组成部分，矮寨大桥的作用真可谓是“天堑变通途”。矮寨大桥的建设，将极大地改善目前湘渝两省市的交通现状，对两省市乃至中西部的对接具有极其重要的意义。
大桥特色
矮寨桥首次采用塔梁分离式悬索桥结构体系
矮寨大桥索塔主跨1176m，加劲梁长1000.5m。吉首岸无索区长95m，主梁通过部分路基与隧道相连；  矮寨大桥结构示意图茶洞岸无索区长109.5m，主梁直接与隧道连接。
结合两岸地形及地质条件，采用塔梁分离式悬索桥结构体系减小了主梁长度，最大限度减少了对山体的开挖，节省了投资；实现了桥梁结构与自然景观的完美融合。
由于选用了塔梁分离式悬索桥结构，钢桁梁长度小于主塔中心距，主缆存在无吊索区，会出现吊索卸载应力为零的情况，且钢桁梁转角位移大，钢桁梁的上、下弦应力超标，需对钢桁梁作特殊设计。设计采用的是增加竖向锚固拉索方案，设竖向锚固拉索，通过预应力岩锚将其锚固于岩石上。　
矮寨桥钢桁加劲梁的设计
矮寨大桥的钢桁加劲梁包括钢桁架和桥面系。钢桁架由主桁架、主横桁架、上下平联及抗风稳定板组成。主桁架为带竖腹杆的华伦式结构，由上弦杆、下弦杆、竖腹杆和斜腹杆组成。上弦杆、下弦杆采用箱形截面，除支座处腹杆采用箱型断面外其余均采用工字型截面。主桁桁高7.5m，桁宽27m，节间长度7.25m。一个标准节段长度14.5m，由2个节间组成，在每节间处设置一道主横桁架。
主横桁架采用单层桁架结构，由上、下横梁及竖、直腹杆组成，其中上下横梁采用箱形截面，腹杆均采用工字型截面。上、下平联均采用K形体系、箱型截面。
加劲梁的架设采用轨索移梁法，利用大桥永久吊索在其下端安装临时吊鞍，然后在临时吊鞍上安装水平轨索，再将水平轨索张紧作为加劲梁的运梁轨道，实现由跨中往两端拼装大桥的钢桁加劲梁。
矮寨桥索塔、隧道锚、公路隧道相互影响
矮寨桥索塔、隧道锚、公路隧道相互影响的处理。
矮寨大桥采用了桥隧相联的形式，设计者通过巧妙设计，解决了一系列影响山体稳定和桥梁结构的问题。
施工阶段，隧道入口仰（边）坡开挖、隧道掘进、塔基开挖、隧道式锚碇开挖均会对山体稳定造成一定影响；运营阶段，索塔与锚碇的荷载、端吊索的荷载将共同作用于山体。
设计者运用了FLAC-3D岩土工程分析软件建立岩体的本构模型，对山体的整体稳定性进行了分析计算。对山体进行了必要的加固防护措施，以确保山体的稳定和桥梁结构安全。
矮寨大桥抗风性能研究
矮寨大桥地处山地峡谷，抗风稳定性研究成为大桥建设中的一大课题。  地形模型风洞试验布置图根据风洞试验结果，稳定板的设置，对提高矮寨大桥的气动稳定性能起着至关重要的作用，在该措施下各攻角均满足了颤振检验风速的要求。由于稳定板的增加会加大结构所受的静气动荷载，因此稳定板的高度不宜过高。
最终确定，在桥面系以上和桥面系以下分别布置上、下纵向抗风稳定板。上抗风稳定钢板高860mm，与两道内侧防撞栏结合，下抗风稳定板与主横桁架相连，由高1000mm、带纵向加劲肋钢板组成。
设计特点
矮寨大桥位于湖南湘西自治州吉首地区矮寨镇,是吉茶高速公路上一座跨越深谷的特大悬索桥。由于桥址风环境复杂,桥型新颖。为确保大桥的抗风稳定性和安全性，湖南大学风工程试验中心围绕该桥的抗风设计问题，做了系统的计算分析以及风洞试验研究。首先进行了桥址风环境特性的研究，制作了直径4m 的1:500的桥址地形模型，在 HD-2风洞低速试验段测试了桥址处风速沿高度和桥跨两个方向的分布规律。
依据研究成果，提出了矮寨桥抗风设计的主要技术参数。考虑峡谷地区施工条件，矮寨大桥采用了钢桁加劲梁。由于原设计断面颤振临界风速远不能满足要求，通过节段模型风洞试验对钢桁加劲梁进行了气动性能优化措施研究。试验了桥面板中央开槽、设中央竖直稳定板等多种可能的气动措施,最终确定了采用方便有效的封槽设置上、下中央稳定板的措施。其中上稳定板由桥面中央实体分隔带产生，无需另行设置。
最后，设计制作了1:245的全桥气弹模型，全面检验了矮寨大桥的抗风性能，完全满足抗风设计要求。鉴于山区风环境极其复杂，在桥址处建立了一种远程控制的新型的悬索吊挂式风环境观测系统，并已投入使用。长期观测资料将充实和修正现有风环境研究结果。
（1）避开了不良地质的影响。 矮寨悬索桥位置基岩裸露，岩石坚硬，产状平缓，地质稳定，无活动断层，有利于特大桥修建。如此同时，现场调查、遥感解译和地质勘探均标明，排碧特长隧道施工和运营期间极有可能引起隧道内大规模高水头涌水（或突泥）、隧道顶地表水源枯竭等环境地质灾害，应尽可能绕避。悬索桥方案所经地段，岩性变化较小，路堑边坡稳定性较好。特长隧道方案走向大致与一条NE向断裂带走向一致，边坡稳定性较差。
（2）改善了公路的安全性能。 由于特长隧道所处的特殊的水文、地质条件、其施工安全、运营安全存在极大的隐患；相对而言，悬索桥方案对各种安全隐患的可预测性、易抢救性和可修复性均优于特长隧道方案。隧道内部不设置硬路肩，也无法设置爬坡车道，安全性能也打了折扣。
（3）减小了对自然环境的影响。排碧特长隧道将产生多达180万m3 的废方，沿线高山峡谷、弃渣困难，其需大量占用耕地，在峡谷中大量弃方还可能诱发新的地质灾害；而明线方案弃渣量小且废渣场地可靠，对自然环境影响极小。特长隧道方案沿峒河展线，反复跨越峒河10余次，施工开挖的泥沙、运营期间的污水排放对峒河的水质影响较大。同时汽车噪声和废气对生活在峒河两侧山脚的居民带来较大的影响。悬索桥方案走山脊线，路线附近人烟稀少，耕地占用量极小，对周边少数民族居民影响不大；特长隧道产生的大量废汽和噪音，对隧道内的司乘人员不利。
（4）增强了公路的景观。 特长隧道方案在一个狭长的峡谷内反复穿越峒河和湘川公路，对峒河风光带破坏较大；矮寨悬索桥与独特的自然景观相得益彰，为矮寨的旅游盘山公路增添了新的人文景观；悬索桥方案从风景区旁通过，充分结合地形设置了多处观景平台，增加了公路景观。 
（5）提高了社会服务能力。特长隧道方案技术指标低，局部无法满足80Km/h的设计速度要求，安全隐患多，服务水平低；而悬索桥方案平纵面指标均衡，与地形条件结合协调，行车相对较舒适；悬索桥方案在排碧台地增设矮寨互通，将有力带动周边乡镇的经济发展，方便台地上的居民出行，同时有利于湘西旅游发展；而隧道方案从吉首西至排碧没有设置互通的条件，服务沿线经济能力较差。湘西山多田少，特长隧道方案沿峒河展线，占用耕地多，居民拆迁量大，安置工作十分困难；悬索桥方案符合当地政府部门的要求，切合地方群众的利益。
（6）降低了全寿命周期成本。悬索桥方案较特长隧道方案每年可节约运营成本约1亿元，同时每年节约管理养护费约5000万元；特长隧道方案沿国道展线，施工工期对国道正常运行和地方群众出行干扰大；悬索桥方案路线长度缩短约11km，节约了工程投资，提高了运行效益。更值一提的是，一桥飞架矮寨公路奇观，显示出磅礴的气势，并与独特的自然景观相辉映，为矮寨的旅游盘山公路增添新的人文景观，进一部提升矮寨的旅游价值。
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