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怒江四线特大桥

怒江四线特大桥(别名:怒江特大桥)是中缅国际铁路大理至瑞丽段的控制性工程,为上承式钢桁拱桥,位于云南省保山市施甸县与龙陵县交界处,是世界上跨度最大的铁路拱桥,由中铁十八局集团有限公司承建。

怒江傈僳族自治州四线特大桥位于怒江中下游河谷,属构造剥蚀、溶蚀高中山河谷地貌。怒江四线特大桥全长1024.2米,主跨长度为490米,桥面宽24.9米,设计为四线车站桥,可以允许4列火车同时停靠,全桥用钢量为4.6万吨,主跨的922根单体近100吨不同规格钢杆件要像搭积木一样,使用80万颗螺栓在距离江面230米的高空悬空拼装组合。受环境和地形的限制,怒江车站只能建在桥上。同时受高烈度地震带影响,桥梁的宽度和承载力远远超过普通铁路桥梁。2016年1月24日,怒江四线特大桥全面开工。2018年12月10日,怒江四线特大桥钢桁拱顺利合龙。2019年12月30日,怒江四线特大桥主体建成。

怒江四线特大桥全线建成通车后,大理白族自治州瑞丽市的行车时间由7个小时缩短到2个多小时,昆明市到瑞丽只需要6个半小时。

历史沿革

2016年1月24日,中缅国际铁路大理至瑞丽段的控制性工程——怒江四线特大桥全面开工。2018年12月10日上午10点58分,随着最后两片分别重20吨的钢杆件缓缓上吊、平移和精准对接到位,怒江四线特大桥钢桁拱顺利合龙,标志着中国“一带一路”中缅国际铁路通道建设取得重大进展。

2019年12月30日,怒江四线特大桥主体建成,标志着大瑞铁路重难点工程建设取得重大突破。

自然地理

位置境域

怒江四线特大桥位于云南省保山市施甸县龙陵县交界处。

地质

怒江傈僳族自治州四线特大桥位于怒江中下游河谷,属构造剥蚀、溶蚀高中山河谷地貌,地势西北高,东南低,主要山脉呈北西向展布。地面高程645~1470m,相对高差大于820m。最高处为怒江左岸高新寨村东山,地面高程1470m,最低处为怒江河谷,江面高程约645m左右。

保山至芒市段地势北高南低,为滇西纵谷地带,怒江自北北东向南南西穿行,河道迂回曲折,水流湍急,切割深度数十米至千余米,形成峡谷或基岩“断口”。怒江四线特大桥桥址位于怒江中下游河谷,属构造剥蚀深切割高中山峡谷地貌,地面高程645~1470m,相对高差大于820m;大理白族自治州端岸坡稍缓,自然坡度20°~40°,基岩零星出露;瑞丽端岸坡陡峭,特别是8号主墩处,自然坡度35°~50°,基岩多裸露。特大桥两端有老滇缅公路通过。

桥址区上覆第四系全新统及上更新统堆积层之砾石类土及黏性土,其中大理岸缓坡、平台、槽谷、河床等处滑坡、河流阶地堆积的覆土深厚,最大厚度达40m;瑞丽岸斜坡陡峻地带基岩裸露或覆土浅薄。下伏基岩地层复杂,岩性相变大,为侏罗系中统柳湾组(J2l)砂岩、泥岩、泥灰岩、灰岩夹页岩,勐戛组上段(J2m2)玄武岩夹砂、泥岩,勐戛组下段(J2m1)泥岩、砂岩夹泥灰岩、灰岩,以及断层破碎带(Fbr)断层角砾和构造影响带(Crr)压碎岩。桥址区地层倒转,受构造及卸荷作用影响,张性裂隙发育,岩体完整性差,多破碎,常有薄层泥化物拌生。

怒江峡谷区地处保山市地块与腾冲市地块碰撞缝合带之怒江断裂带内,怒江断裂带主要由若干个长期活动的SN转SE向的压性和压扭性断裂以及与之平行的次级断裂和褶皱组成,为一断裂破坏甚剧之复式向斜构造,主要断裂大致平行分布于沿江两岸及高黎贡山东麓,断裂带内断层、褶皱发育,褶皱多被断裂、断层切割、破坏,岩体破碎,产状凌乱多变。桥址区附近主要断裂构造有狮子山澡塘河断层、金岗元断层、金刚园2号断层、龙山—冷水箐断裂、石头寨—大坪子断裂、董别断层和红旗桥断层;受多期构造活动影响,区内地层重复、缺失严重,各地层呈断片、断块展布,延续性差。从桥跨区通过的褶皱有等子背形,为一倒转向斜,核部位于线路里程D1K191+830附近江心,向两翼地层由新到老,地层有缺失。

水文

由于怒江河谷切割深,排泄条件好,地表水及地下水能较快的向河谷区排泄。地下水以土层孔隙潜水、基岩裂隙水和断层带水为主。桥址区基岩主要为砂岩、泥岩、泥灰岩、灰岩、玄武岩等,由于节理、裂隙发育,透水性较好,便于向怒江傈僳族自治州排泄,故地下水水量不大,埋藏深。根据钻孔监测,大理白族自治州端坡面地下水位一般10~25m,随季节有一定变化;瑞丽端为玄武岩,地下水不发育,仅为少量基岩裂隙水,地下埋深普遍大于50m。

设计建设

怒江四线特大桥为上承式钢桁拱桥,该桥中心里程D1K191+819线路标高842m,桥高约226m,全长1024.2m,桥跨布置为:7x41m,连续钢混结合梁+490m,上承式钢桁拱(拱上结构14x37.2m连续钢箱梁)+5x41m连续钢混结合梁,钢桁拱矢高109.5m,矢跨比1/4.475,拱轴线为悬链线,拱轴系数:m=2.0。

怒江四线特大桥设计为四线车站桥,可以允许4列火车同时停靠,全桥用钢量为4.6万吨,相当于6.5座埃菲尔铁塔,主跨的922根单体近100吨不同规格钢杆件要像搭积木一样,使用80万颗螺栓在距离江面230米的高空悬空拼装组合。怒江特大桥地处云贵高原的峡谷,受环境和地形的限制,怒江车站只能建在桥上。同时受高烈度地震带影响,桥梁的宽度和承载力远远超过普通铁路桥梁

墩台、基础施工

桥墩均采用C35钢筋混凝土钢架墩,交界墩墩高皆为110m,设4道横撑,间距20m左右。墩身纵横向,内外侧皆设坡;墩颈纵向宽6.0m,横向宽5.0m,墩颈纵横向壁厚0.8m。其余引桥桥墩墩高超过40m即采用空心刚架墩,每22m左右设置一道横撑,墩高8~100m。引桥桥台采用T型桥台。引桥墩台基础采用钻孔灌注桩,桩径1.5m。

经反复比较论证,最终采用现在设计拱座形式,拱座基础采用嵌岩基础,截面尺寸8m×24m。大理白族自治州侧下游嵌岩基础长度63m,基础侧下方压碎岩承载能力较差,基础断面扩大至29m×8m。上游嵌岩基础长度60m。瑞丽市侧下游嵌岩基础长度60m,上游嵌岩基础长度55m。大理侧(小里程)下游嵌岩基础长度63m,基础侧下方压碎岩承载力较差,基础断面扩大至8mx29m。其他嵌岩基础皆为等截面,施工时根据压碎岩实际情况酌情调整。

钢桁拱施工

主桁构件采用Q370qE钢材;拱上立柱及帽梁采用Q345qE钢材;拱圈平横联、拱上立柱横撑采用Q345qD钢材;拱脚预埋段承压板、靴梁采用Q345qD钢材,Q370qE,Q345qE,Q345qD钢材的化学成分和力学性能及产品质量均应符合《桥梁用结构钢》GB/T714-2008的要求。拱圈截面采用四片桁,每片桁上、下弦杆截面高、宽皆为2m,板厚最大60mm。拱圈为提篮式,拱肋内倾3.658°,拱肋中到中间距拱脚处为32m,拱顶处为18m,肋高为变高度,拱脚处为16m,拱顶处为11m,节间水平投影长度12.4m。所采用的M24、M30的10.9S高强度螺栓材质全部采用35VB钢,螺母及垫圈均采用45号优质碳素钢;高强度螺栓、螺母及垫圈应符合现行GB/T1228-1231的相关规定。锚栓材质为40Cr调质钢,其化学成分和力学性能及产品质量应符合GB/T3077-1999。其螺母及垫圈均用45号优质碳素钢,均应符合GB1228~1231-91中所规定的技术条件。附属结构采用Q235B钢材,其化学成分和力学性能及产品质量应符合现行《碳素结构钢》GB700的要求。铁路桥梁用钢交货状态:Q345qD,Q345qE热轧状态交货,Q370qE正火状态交货。主桁上、下弦与平联焊接节点板及拱上立柱顶部ZH节段与帽梁焊接竖板钢材应满足Z35性能要求。

主桁

拱圈截面采用四片桁,每片桁上、下弦杆截面高、宽皆为2m,板厚最大60mm。拱圈为提篮式,拱肋内倾3.658°,拱肋中到中间距拱脚处为32m,拱顶处为18m,肋高为变高度,拱脚处为16m,拱顶处为11m,节间水平投影长度12.4m。

弦杆均为箱形截面,截面尺寸2000mm×2000mm,板厚28~52mm。主桁采用焊接整体节点结构形式,节点最大板厚60mm。箱形截面杆件内设置横隔板,板厚16mm,横隔板间距一般不大于3.0m。主桁腹杆为箱形截面和H形截面,箱形截面为2000mm×900mm,H形截面高2000mm,翼缘截面宽1100mm或900mm,板厚度28~40mm。

联结系

拱肋上、下弦平面内设平联,"K"型布置;平联斜杆采用箱型截面,高960mm,板厚16mm和20mm,宽800mm,板厚20mm和24mm,平联横撑采用箱形截面和H形截面,箱形截面为1000mm×1000mm和1000mm×800mm,。H形截面高1000mm,翼缘截面宽580mm。横联只在立柱处节点设置,全桥共13处。横联杆件均采用箱型截面,尺寸720mm×720mm,板厚24mm。

拱脚连接段

拱脚连接段由承压板、锚栓支承托座、锚栓支承托座加劲肋和锚栓组成。承压板厚100mm,连接于拱脚弦杆端部,并通过环氧砂浆与混凝土嵌岩基础连接传递轴向力作用。锚栓直径$60mm,长5000mm,弦杆每边设置6根,每个箱形截面杆件拱脚连接共计24根,全桥共计384根。锚栓支承托座厚40mm,其加劲肋厚30mm,高600mm。

拱上立柱

拱上立柱采用钢结构刚架墩,由帽梁、立柱和立柱横联组成,帽梁高度2200mm,端部变小至1100mm,顶底板宽度1500mm和1700mm两种,两种,两侧各外伸250mm,板厚24mm。支座隔板板厚16mm,普通隔板板厚12mm,间距在3m内。立柱间设交叉形斜撑,杆件为H形截面,H形截面高1100mm,翼缘截面宽800mm。帽梁上设混凝土垫石,垫石尺寸1300mm×1400mm。

预拱度设置

主桥拱圈上不设预拱度,预拱度通过拱上立柱伸长来设置,误差通过混凝土垫石调整,混凝土垫石顶面标高误差\u003c1mm,具体设置参数见设计图纸。

连接及其他

钢杆件在工厂制造时各构件间采用焊接,除开拱上立柱与拱圈连接段、钢箱梁纵向连接及桥面板连接为现场焊接外,其余工地拼装均为栓接。主桁及拱上立柱采用M30高强度螺栓,$33mm孔,设计有效预紧力360kN,设计抗滑系数不小于0.45;拱圈及立柱联结系采用M24高强度螺栓,$26mm孔,设计有效预紧力240kN,设计抗滑系数不小于0.45;预埋段端隔板封板、杆件手孔封板采用M10普通螺栓,φ12mm孔。焊缝的过焊孔在无注明时默认为35mm的圆弧。图纸中焊缝符号的标注符合《焊缝符号表示法》GB324-2008标准。

钢梁防腐及涂装

钢结构外表面的板材表面清理、涂层质量、施工工艺等须严格按现行《铁路钢桥保护涂装及涂料供货技术条件》TB/T1527-2011及其附录的技术要求执行。要求保证涂装体系使用寿命30年以上。

拱上钢箱梁施工

拱上梁采用钢箱梁,孔跨布置为一联14x37.2m,桥面宽12.45m,梁高3m。两箱梁并置形成四线桥,桥面总宽24.9m。梁上设置2线行车线和2线停靠线,线路中心距5m。停靠线设置在桥面两侧,并设置旅客站台。箱梁的腹板中心距为2.4m,腹板厚16mm;钢梁顶板厚16mm;钢梁底板一般厚度为24mm,在支座附近根据受力需要加厚至32mm。

引桥钢混结合梁施工

引桥梁部采用钢混结合梁。孔跨布置小里程端为一联7x41m,大里程端为一联5x41m,桥面宽11.5m,梁高3m,其中混凝土板厚0.3m,钢箱高2.7m。两箱梁并置形成四线桥,桥面总宽23m。箱梁的腹板中心距为2.4m,腹板厚16mm,钢梁顶板厚24mm;钢梁底板在正弯矩区厚24mm,在负弯矩区根据受力需要加厚至32,40mm。中间支点处设置横梁,横梁腹板厚度20mm,中支点处加厚为30mm。

技术难度和创新

技术难度

怒江傈僳族自治州四线特大桥共有4座拱座,在怒江两岸对称排列,采用整体灌入式嵌岩基础。施工难度最大的两座拱座位于斜坡上,坡度达55度,采用常规浇筑方法不仅施工难度大、安全风险高,而且施工周期长。

大桥全桥用钢量为4.6万吨,相当于6.5座埃菲尔铁塔。其中主桁拱用钢量达2.8万吨,使用926根不同规格的钢杆件以及近80万颗螺栓,在距离江面230米的高空像搭积木一样悬空拼装组合,主拱圈每根杆件安装姿态各不相同,均有特定的对接角度,三维空间结构复杂,安装精度高,工序复杂。

怒江四线特大桥梁面采用“钢箱梁+钢混结合梁”结构形式,其中钢桁拱上的梁部采用了一联连续钢箱梁结构,长达521米,这也是在中国铁路拱桥领域的首次尝试。

创新

项目团队通过邀请行业专家开展技术攻关,并组织技术人员进行方案模拟,最终创新采用“2竖撑+1斜撑”的复合式浇筑法,使斜撑转轴倾角减少到30度,有效降低了施工风险。同时,为确保拱座基础的承重能力,项目团队还将拱脚的杆件全部预埋进拱座基础,全程跟踪59吨和71吨两种拱脚杆件的下料、切割、组拼、焊接等加工制造过程,并在加工厂内进行试拼,检查合格后再运往桥位进行预埋。此外,项目团队还通过运用循环冷却水降温系统和自动远程监测系统,使4座拱座的5万多立方米混凝土质量全部达到规范要求,确保拱座高质量施工。

为解决杆件吊装难题,项目经过多次实地踏勘,确定了“架设缆索吊系统—杆件吊装—高空拼接”的施工顺序,引进BIM建造技术,对每一节钢杆件的拼装组接进行模拟操作和施工过程精细控制,并在拱圈上布设了2000多个不同类型的观测点,对周边温度、风力、天气变化以及杆件在空中的姿态和定位全天候监测,确保杆件吊装精准。同时,项目团队还在怒江傈僳族自治州两岸分别架设了120米高和137米高的缆索吊塔架,并在两边墩上各架设了一个扣锚索塔架,用1600吨钢绞线组成108束扣锚索,确保杆件吊装稳固。此外,项目团队还创新采用“大吨位横移式缆索吊机”和“多扣塔斜拉扣挂悬臂拼装体系”等多项代表铁路拱桥建设世界领先水平的前沿技术,顺利实现按设计尺寸精准合龙,最终将钢桁拱合龙精度控制在2毫米内。

为保证大桥主拱稳定性,降低施工风险,项目团队创新采用“缆索吊吊装+步履式顶推”的桥梁同步施工技术。在拱上钢箱梁利用缆索吊吊装,跨中5节段钢箱梁采用支架法拼装,然后以此5段梁体为施工平台,进行剩余节段的焊接组装,组装成标准梁段后采用缆索吊由跨中向两侧对称吊装,吊至相应梁位后对位焊接;两侧引桥钢混结合梁则采用“步履式顶推”新工艺,利用智能顶推控制系统使32台步履式千斤顶协同作业,避免了长幅桥梁在顶推滑移过程中可能产生的桥梁结构变形等问题,将顶推误差控制在5毫米内。

价值意义

怒江四线特大桥的建设为中国在复杂条件下新结构桥梁的设计、科研和施工积累了宝贵经验。该桥在建设过程中非常重视对周边环境的保护,首先从基础的设计上采用了嵌入式基础,最大程度减少了对土体的开挖和破坏,在主桥的结构上,全桥采用钢结构,没有使用混凝土,最大限度减少了施工过程中混凝土和粉尘对怒江及周边环境的影响。建设者采用了BIM(建筑信息模型)技术,实现了用大数据全程监控指导施工作业,提前完成了全部钢桁拱的,制造、运输、安装任务,特别是钢桁拱合龙施工过程中,在中国首次实现了钢拱桥四片主桁同时合龙的重大技术突破。截至2022年8月,怒江四线特大桥已获得发明专利8项、实用新型专利33项、工法5项,为中国在特殊地形条件下大跨度拱桥的建设积累了丰富的施工经验。

昆明市仰光的中缅国际铁路全长1920公里,中国境内路段长690公里,昆明至大理白族自治州的350公里路段已经建成,怒江四线特大桥全线建成通车后,大理到瑞丽市的行车时间由7个小时缩短到2个多小时,昆明到瑞丽只需要6个半小时。结束了云南省保山市德宏傣族景颇族自治州不通火车的历史,对推动中国与东盟国家的经贸合作与人员友好往来起到积极的促进作用。

参考资料

中缅国际铁路怒江特大桥全面开工.中国政府网.2025-06-17

【最美交通】说到桥,云南就笑了 .微信公众号.2025-06-17

世界最大跨度铁路拱桥云南合龙!全线通车后,昆明到瑞丽只要6.5小时! .微信公众号.2025-06-17

大瑞铁路怒江特大桥主体建成.中国政府网.2025-06-17

世界最大跨度铁路拱桥是怎样建设的? .微信公众号.2025-06-17

叹为观止!“世界第一跨”的桥上居然还有个火车站 .微信公众号.2025-06-17