2018年结构工程师协会最佳卓越工程奖：瑞士Tamina峡谷大桥

深海鱼

本桥成桥照片

　 英国结构工程师协会(Institution of Structual Engineers )颁布了2018年14个获奖奖项，其中瑞士Tamina峡谷大桥获得了最佳卓越工程奖。

此处简单解读一下此桥，以便于理解本桥的结构特点。

1 评审委员的评语
位于瑞士圣加仑州Bad Ragaz的Tamina Canyon Crossing获得了结构工程卓越奖。这一备受争议的荣誉授予当年最好的结构工程设计范例。
由一群杰出的行业专家组成的评审小组一致认为，这座跨越深峡谷200多米深的塔米纳峡谷的桥梁是一个“杰出的工程解决方案”，也是一个值得接受的桥梁。
评审组对设计的优雅，清晰和经济印象深刻，注意到结构系统的效率，以及设计与其壮观环境融为一体的美丽方式。
他们说：“这是Christian Menn和Robert Maillart最佳传统的混凝土拱的设计，工程师们已经创造出世界一流和优雅的设计。”
评委会主席Tim Ibell教授评论说：“祝贺我们的获奖者，并感谢所有参赛者。一如既往的质量很高，竞争激烈，代表所有的评委发言，我敢肯定，当我说很难选择一个总冠军时，因为有很多值得的候选人。Tamina Canyon Crossing的最高奖项旨在表彰最佳的桥梁设计和工程设计，为全球建筑行业树立了最佳实践范例。”
他继续说道，“在此工程年，结构奖将结构工程师的技能和创造力完美地融入解决问题的设计专业人员中，在全球范围内对社会产生积极影响。”

2 桥位条件和设计竞赛方案

下面首先回忆一下当年的建设条件和参赛方案
塔米纳河谷形成了圣加伦行政区的南部尖端，它大致从南向北，终于阿尔卑斯山莱茵河谷的温泉城Bad Ragaz，海拔高度大约500m。在低的一头，塔米纳河流经一个深切的山谷，将高原及居民分开。Bad Ragaz、Valens、Pfäfers三地社区自2005年开始，决定修建跨越塔米纳山谷的桥梁。从Bofel到河谷对面的Berg，桥梁长度需要约400m，跨越山谷的深度约200m。在塔米纳山谷建桥，要求很好地融合到自然环境。为了达到这一目标，处理好周边及当地环境敏感要素是最重要的，要求施工阶段的技术对自然资源影响尽可能最小，此外，详尽的地质调查是取得成功的必然途径。
邀请国际设计竞赛是达到这一目的的好方法。竞赛方案必须符合以下标准：
技术可行，外观出众，经济实用
设计竞赛文件提供了路线平面、路线纵面以及桥梁桥面尺寸；地质报告了描述了地质状况。根据当地的规划，该河谷是栖息地保护区，桥下区域就属于岩羚羊，施工阶段必须考虑这一点。

桥位环境图

拱桥类方案

斜腿刚构方案

悬索桥方案

斜拉桥方案

最后德国莱昂哈特-阿德拉咨询公司的斜拱+斜拱上立柱方案以其结构通透，简洁，高雅，经济，施工方法简便而获得方案竞赛第一名。

3瑞士Tamina峡谷大桥结构设计特点

按照设计目标，塔米纳大桥要成为阿尔卑斯山瑞士圣加伦山谷的绝色佳景，该桥主跨265m，连接Pfäfers和Valens两个小村。大桥是一座非对称后张法预应力混凝土拱桥，桥面长度为417m，桥墩高度最大为55m。

这个拱采用拱脚不在一个高程上的两个半拱构成，两个半拱在拱顶的水平推力相等，如图所示。为了使两个半拱的水平力相等，两个半拱的跨度和矢跨比均不相同。

总体布置！

为了减少拱的推力，采用倾斜布置的立柱，因为立柱斜置，所以立柱和主梁以及拱肋的连接必须刚性连接，而不能设置支座。但是如果立柱和主梁以及拱肋刚性连接，短立柱的内的弯矩则特别大，为了克服这个问题，在短立柱的上部和下部采用“混凝土铰”来解决这个问题。混凝土铰如图所示。（仔细看短立柱上、下的两条水平线）

实桥的混凝土铰和现场试验的混凝土铰

仔细看短立柱的混凝土铰

这个混凝土铰实际就是立柱的截面在这个位置紧缩，截面大大减小，以减少这个截面的弯矩。混凝土铰看这个简单，其实学问很大，著名的工程师瑞士的Robert Maillart，法国的弗奈西奈，德国的莱昂哈特都对混凝土铰进行过长期的研究。混凝土铰受力示意如下图所示。

4 本桥的施工特点

拱圈施工选择了悬臂浇筑法，采用临时塔和斜拉索。
大桥拱圈划分为55个混凝土节段，Pfäfers一侧为32个节段，另一侧为23个节段。
拱圈首节段设计为箱形梁，两侧最后的10到12个节段为实心混凝土。混凝土节段通过临时塔锚固在两岸河谷岸壁上，临时塔高100m；靠近桥台处，两个节段采用一组斜拉索，其后的五到七个节段采用一组斜拉索；在塔的后方，斜拉索锚固到临时基础，临时基础通过岩锚传递荷载到地面。
拱肋一侧的斜拉索索股采用PE外套，最大为24索股，塔后索则主要采用19股的斜拉索。
拱肋侧锚固采用BBR内锚技术，由于腹板高度较小，22~24索股的斜拉索分成两半来锚固，采用12股的BBR内锚，然后通过Y型管合并成单索锚固到临时塔。
两侧需要同时开展索力调整，以保证塔的受力均衡；这需要每个塔同时在锚固侧采用10个大型千斤顶（3500kN）、拱肋侧采用2个千斤顶（7000kN）。应力调整期间，塔姿态受控于几何形态，记录塔每个毫米变形，调整索力后要确保临时塔竖直。
自从2013年开始，允许进入桥台施工，2014年开始施工主拱，拱肋逐步按照5m一节延伸，直到2015年春季实现合龙。一旦合龙，就可以拆除临时塔，接着就开始上部结构施工。大桥在2017年实现通车。

主拱悬臂浇筑施工示意图

主拱悬臂浇筑施工照片

拱上结构施工

5 本桥的材料数量

总长度 475米
桥梁上部结构 417米
拱跨 260米
桥面到谷底高度 200米
桥宽 9.5米
大桥总重 35000吨
现浇混凝土 14000立方米
模板 27500立方米
钢筋 3000吨
桥梁防水 4700平方米
沥青玛蹄脂 1250吨
锚索 2525米
挖掘 28000立方米

6 附注

本文作者曾在德国德国莱昂哈特—安德拉公司的前任执行总裁Reiner Saul 先生的指导下学习德国桥梁设计多年，并和该公司合作完成两座公铁合建桥的设计和价值工程工作。

本文作者和本桥的总设计师，德国莱昂哈特—安德拉公司的现任执行总裁W. Eilzer。

在2003年，本文作者也作为主要参与人员，把欧洲的混凝土拱桥浇筑技术引入中国，如今混凝土拱桥的悬臂浇筑技术已经在中国的公路拱桥施工方面生根，开花，结果。幸运的是15年后由本文作者参与设计的铁路拱桥也即将采用悬臂浇筑法施工。

7 作者评论

最后再次盘点一下本桥的几大特点：
1）采用不同跨度和矢跨比的两个半拱形成一个大拱。
2）采用拱上斜立柱和短立柱混凝土铰
3）采用混凝土拱悬臂浇筑技术

可以说本桥是当代版的瑞士Salginatobel桥，这座桥的桥位，使用的混凝土铰等技术和当年著名工程师Robert Maillart设计的Salginatobel桥如出一辙，对传统结构和技术赋予当代的技术和施工方法，用传统演绎创新也欧洲当代结构工程艺术的主要手法之一。

瑞士Tamina峡谷大桥

瑞士Salginatobel桥

瑞士Salginatobel桥

8 参考文献：

V. Angelmaier, W. Eilzer, H. Haug ：TAMINA CANYON CROSSING, BAD RAGAZ, SWITZERLAND
公司：Leonhardt, Andrä und Partner Beratende Ingenieure VBI AG, Stuttgart, GERMANY.

解读者简介: 王应良 1972年生，2000年毕业于西南交通大学桥梁与隧道工程专业，工学博士学位，大陆桥梁工程师，英国注册工程师（CEng 584540），长期在国内外从事公路，铁路，轨道交通桥梁，公铁合建桥的设计和研究， 精通欧洲桥梁设计规范和欧洲当代桥梁技术。主要研究方向为：1）桥梁总体设计2）钢桥，钢-砼结合梁桥。联系方式: [e-mail]

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