China eröffnet die längste Schrägseilbrücke der Welt über den Jangtse

Eine wegweisende Verbindung über den Jangtse

China hat eine neue Mega-Brücke über den Jangtse eröffnet, die mehrere Weltrekorde aufstellt und den Alltag im Osten der Provinz Jiangsu verändert. Die Changtai-Jangtse-Brücke ist 10,3 Kilometer lang und verbindet die Industriestadt Changzhou am Südufer mit Taizhou am Nordufer. Eine Fahrt, die früher etwa 80 Minuten dauerte, ist nun in rund 20 Minuten möglich. Die Hauptspannweite beträgt 1.208 Meter. Damit ist sie die längste Spannweite einer Schrägseilbrücke weltweit. Die Brücke ist die erste über den Jangtse, die eine Schnellstraße, eine normale Straße und eine Intercity-Bahn auf demselben Bauwerk vereint. Diese seltene Kombination erforderte neue Entwurfsansätze und Bauverfahren.

Der Bau dauerte etwa sechs Jahre. Das Projektteam führte eine Reihe neuartiger Technologien ein, um mit tief liegenden weichen Böden, starken Flussströmungen und der Herausforderung umzugehen, Straßen- und Schienenverkehr auf einer einzigen Fahrbahn zu kombinieren. Das Bauwerk umfasst außerdem zwei stählerne Fachwerkbogenbrücken mit Spannweiten von 388 Metern über die Nebenarme. Sie stellen Rekorde für eine kombinierte Straßen- und Eisenbahn-Bogenbrücke auf. Die Hauptpylone sind 350 Meter hoch, etwa so hoch wie ein 120-stöckiges Gebäude. Vor der Eröffnung absolvierten die Ingenieure ein umfangreiches Programm statischer und dynamischer Belastungstests und schufen damit die Grundlage für einen sicheren Betrieb vom ersten Tag an.

Warum das Projekt für Jiangsu und das Jangtse-Delta wichtig ist

Das Jangtse-Delta zählt zu den produktivsten Regionen Chinas. Eine schnelle und zuverlässige Verbindung zwischen Changzhou und Taizhou stärkt die Verbindungen in einem Korridor, in dem Fabriken, Logistikparks und Technologiezentren an beiden Flussufern liegen. Kürzere Fahrzeiten senken die Transportkosten, vergrößern die Arbeitsmärkte und erleichtern den Zugang zu regionalen öffentlichen Dienstleistungen. Die neue Route entlastet zudem bestehende Brücken und Fährverbindungen, über die immer mehr Menschen und Güter transportiert werden.

Vertreter der Provinz Jiangsu bezeichnen die Brücke als wichtiges Bindeglied in einem größeren Programm, das Straßen- und Schienennetze im Delta miteinander verknüpfen soll. Nach Angaben der Provinz sind inzwischen 20 Flussquerungen fertiggestellt, neun weitere befinden sich im Bau. Nationale Pläne sehen ein deutlich dichteres Netz entlang des Jangtse vor. Bis 2035 soll es rund 240 Querungen geben. Dadurch soll sich der Verkehr gleichmäßiger verteilen und es sollen bei Wartungsarbeiten oder extremen Wetterbedingungen mehrere Ausweichmöglichkeiten zur Verfügung stehen.

Schifffahrt und Ökologie spielten bei der Planung eine zentrale Rolle. Durch die sehr große Hauptspannweite bleibt die zentrale Fahrrinne frei von Pfeilern. So können große Schiffe sicher passieren und die Störungen im Fluss werden verringert. Das Projektteam wählte Lösungen für Fundamente und Pylone, die den Eingriff in die tiefen weichen Sedimente begrenzen und Kolkbildung kontrollieren. Dabei trägt schnell fließendes Wasser Material im Flussbett rund um Fundamente ab.

Die Rekordspannweite und die Aufteilung des Verkehrs

Bei einer Schrägseilbrücke wird die Fahrbahn von fächerförmig angeordneten Stahlseilen getragen, die direkt mit hohen Pylonen verbunden sind. Sie unterscheidet sich von einer Hängebrücke, bei der Hauptkabel über die Pylone geführt und im Boden verankert werden; senkrechte Hänger verbinden die Fahrbahn mit den Hauptkabeln. Schrägseilbrücken eignen sich für sehr große Spannweiten von ungefähr 200 bis 1.300 Metern, bieten eine steife Fahrbahn und benötigen kleinere Verankerungen. Das macht sie für dicht bebaute Stadtgebiete und hohe Eisenbahnlasten geeignet.

Das herausragende Merkmal der Changtai-Brücke ist die Verbindung dreier Verkehrsfunktionen in einem Bauwerk. Die Konstruktion umfasst zwei Ebenen. Auf der oberen Ebene verläuft eine Schnellstraße, die den überregionalen Straßenverkehr über den Fluss beschleunigt. Die untere Ebene vereint eine für 200 km/h ausgelegte Intercity-Bahn mit einer parallel verlaufenden normalen Straße. Eine solche Anordnung von Straße und Schiene nebeneinander auf der unteren Ebene ist bei einer Spannweite von mehr als einem Kilometer weltweit einmalig.

Bei herkömmlichen Brücken mit gemischtem Verkehr verläuft die Bahn meist in der Mitte, während die Fahrspuren für den Straßenverkehr auf beide Seiten verteilt sind. Die zentrale Anordnung vereinfacht den Lastenausgleich, denn Bahnanlagen sind deutlich schwerer als Straßen. Dafür entsteht an beiden Brückenenden eine ungünstige Verkehrsführung: Die getrennten Straßen müssen in Schleifen geführt werden, um wieder zusammenzulaufen. Das beansprucht Fläche, erschwert Rampen und Kreuzungen in der Nähe städtischer Gebiete und kann den Zugang für Rettungskräfte verlangsamen. Bei der neuen Anordnung liegen Straße und Schiene auf einer gemeinsamen Ebene nebeneinander. Dadurch entstehen direktere Verbindungen zu Straßen und Bahnhöfen in der Stadt.

Ausgleich einer asymmetrischen Fahrbahn

Eine Hochgeschwindigkeitsbahn auf der einen und eine Straße auf der anderen Seite erzeugen eine ungleichmäßige Massenverteilung. Die Bahnseite ist um ein Mehrfaches schwerer. Ohne sorgfältigen Ausgleich kann sich die Fahrbahn dadurch verdrehen und verschieben. Qin Shunquan, Chefingenieur bei der China Railway Group und leitender Entwurfsverantwortlicher der Brücke, und sein Team wirkten dem entgegen, indem sie die Seilkräfte fein abstimmten, um die Fahrbahn unter Dauerlasten waagerecht zu halten, und die Geometrie der vorgefertigten Fahrbahnsegmente anpassten.

Werden die Seilkräfte auf der schwereren Seite erhöht, kann sich das Bauwerk zur leichteren Seite verschieben und die Mittellinie der Fahrbahn wandern. Die Ingenieure glichen diese Tendenzen mit einer abgestimmten Montagereihenfolge der Segmente und vorgegebenen Formen aus. So richtete sich die Fahrbahn beim Einbau der Segmente und beim Spannen der Schrägseile von selbst auf die gewünschte Ausrichtung aus. Dieses Verfahren ermöglichte die weltweit erste nebeneinander angeordnete Bahn- und Straßenführung auf einer Brücke dieser Spannweite, ohne auf komplexere Lösungen mit mehreren getrennten Fahrbahnebenen zurückzugreifen.

Fundamente für einen mächtigen Fluss

Der Jangtse ist in der Nähe von Changzhou und Taizhou breit, tief und strömungsreich. Die Fundamente müssen den Strömungen standhalten und in mächtigen Schichten aus schluffigem Ton und Sand sicher stehen. Die Hauptpylone ruhen auf riesigen offenen Senkkästen, im Wesentlichen hohlen Stahlbetonkästen, die in das Flussbett abgesenkt werden. Das Projekt setzte einen stufenförmigen Senkkastensockel ein, der die Auskolkung rund um das Bauwerk verringert und das Eigengewicht reduziert. Dadurch sinken wiederum die Risiken beim Einbau. Frühe Berechnungen deuteten darauf hin, dass die Senkkästen mehr als 65 Meter tief abgesenkt werden müssten, um ausreichend tragfähige Bodenschichten zu erreichen. Mit neuen, vom Team entwickelten Verfahren konnten die Ingenieure die Höhe der Senkkästen verringern und zugleich ihre Stabilität bewahren.

Wissenschaftliche Studien zum Standort der Changtai-Brücke zeigen, wie sich die Fundamente während des Baus verhalten. Die Forschenden schätzten die Setzung, also die Abwärtsbewegung des Bodens bei seiner Verdichtung unter Last, mit drei Verfahren ab. Sie nutzten eine schichtweise Summenberechnung, führten dreidimensionale Finite-Elemente-Simulationen durch und nahmen Zentrifugenmodellversuche vor. Alle drei Methoden ergaben nach der vollständigen Montage des Überbaus eine Setzung von etwa 225 Millimetern. Sie verläuft demnach zunächst langsam, nimmt dann rasch zu und stabilisiert sich schließlich. Die Werte lagen innerhalb der zulässigen Planungsgrenzen und trugen dazu bei, zu bestätigen, dass die Brücke durch die Montagereihenfolge ausgerichtet bleiben würde.

Die Positionierung unter Wasser ist bei schlechter Sicht und starken Strömungen schwierig. Um die Gefahren für Taucher zu verringern und die Genauigkeit an den Ecken der Senkkästen zu erhöhen, setzte das Bauteam intelligente Roboter ein, die selbstständig navigieren, eingespülten Sand entfernen und Messdaten übermitteln konnten. Diese Geräte unterstützten die Einsatzkräfte an der Oberfläche und verkürzten kritische Arbeitsschritte beim Absenken und Aufsetzen der Fundamente.

Pylone, Seile und Materialien

Die beiden Hauptpylone sind rautenförmig und bestehen aus einem Stahl-Beton-Verbund, der Steifigkeit und Verformbarkeit vereint. Die ungewöhnliche Geometrie erhöht die Stabilität und hilft, die Lasten der Schrägseile auf die Fundamente zu übertragen und zugleich Bewegungen durch Wind und Temperaturschwankungen zu begrenzen. Ein Verankerungssystem mit Betonkern und Stahlkasten verteilt die Kräfte effizient und begrenzt Spannungsspitzen an den Stellen, an denen die Schrägseile in den Pylon einlaufen.

Auch neue Materialien spielen eine wichtige Rolle. Die Ingenieure setzten Spannglieder aus Kohlenstofffaser ein, um leichte, hochfeste und besonders lange Seilelemente herzustellen, die weniger empfindlich auf Temperaturschwankungen reagieren als reine Stahlseile. Das Projekt führte außerdem an der Verbindung zwischen Pylon und Träger ein temperaturadaptives Längsfixierungssystem ein. Es ermöglicht kontrollierte Bewegungen, wenn sich die Fahrbahn bei Wärme ausdehnt und bei Kälte zusammenzieht. In den Planungsunterlagen wird eine Gesamttragfähigkeit von mehreren Hunderttausend Tonnen angegeben, die das Eigengewicht des Bauwerks und die hohen Verkehrslasten umfasst. Diese Lösungen tragen dazu bei, dass die Brücke im täglichen Betrieb und bei extremen Wetterbedingungen zuverlässig funktioniert.

Präzisionsbau und Millimeter-Toleranzen

Für den Bau eines Kilometer langen Stahlfachwerk- und Seilsystems mit gemischtem Verkehr waren industrialisierte Verfahren erforderlich. Das Team entwickelte einen intelligenten Turmdrehkran mit einer Hubleistung von mehr als 10.000 Tonnenmetern, um hoch oben an den Pylonen zu arbeiten und große Bauteile präzise einzusetzen. Außerdem entwarf es nach eigenen Angaben den weltweit größten Deckkran für Brückenbauarbeiten, der extrem schwere Segmente mit millimetergenauer Präzision platzieren konnte. Die Stahlfachwerksegmente in der Hauptfahrrinne wurden mit einer Abweichung von höchstens 2 Millimetern verschweißt. Diese Präzision wurde durch kontinuierliche Vermessung und digitales Feedback erreicht.

Die Zulieferwerke nutzten groß angelegte automatisierte Fertigungslinien, Inspektionen mit 3D-Laserscannern und standardisierte Schweißverfahren, um die Qualität sicherzustellen. Vor der Eröffnung wurde die Brücke eine Woche lang nachts Belastungstests unterzogen, um Temperatureinflüsse auf die Messungen zu verringern. Beim anspruchsvollsten Test standen 110 beladene Lastwagen mit einem Gesamtgewicht von rund 4.400 Tonnen auf der Hauptspannweite. Insgesamt führten die Ingenieure mehr als 200 statische und dynamische Testszenarien durch und überwachten die Reaktionen mit über 800 Sensoren, die kleinste Verschiebungen in allen Abschnitten erfassten. Die Brücke bestand die abschließenden Prüfungen und wurde für den Verkehr freigegeben, nachdem die Tests ihre strukturelle Leistungsfähigkeit bestätigt hatten.

Bei einem komplexen Bauvorhaben ist auch eine zuverlässige Energieversorgung entscheidend. Die Taizhou-Niederlassung des staatlichen Netzbetreibers State Grid gründete eine Unterstützungsgruppe für das Projekt, beschleunigte Serviceanfragen, prüfte Leitungen mit Drohnen und setzte Arbeiten unter Spannung sowie Infrarot-Temperaturmessungen ein, um die Stromversorgung stabil zu halten. Diese betriebliche Unterstützung half der Baustelle, enge Zeitpläne einzuhalten und während des Mehrschichtbetriebs eine sichere Beleuchtung und Stromversorgung der Geräte zu gewährleisten.

So sieht das Reisen vom ersten Tag an aus

Die Brücke ist für eine Schnellstraße, eine Stadtstraße und eine Intercity-Bahn mit einer Höchstgeschwindigkeit von 200 km/h ausgelegt. Die neue Route ermöglicht eine berechenbare Fahrt von 20 Minuten zwischen den Innenstädten von Changzhou und Taizhou und bietet eine direktere Verbindung zu Flughäfen, Häfen und Industriegebieten auf beiden Seiten des Flusses. Güterverkehrsunternehmen erhalten eine leistungsfähige Verbindung, mit der sie umständliche Umwege über ältere Flussquerungen vermeiden können.

Die nebeneinanderliegende Anordnung von Bahn und Straße auf der unteren Ebene vereinfacht die Rampen und den Zugang für Rettungskräfte in den Zufahrtsbereichen. Beide Ebenen sind mit Systemen zur Überwachung des baulichen Zustands ausgestattet. So können die Betreiber Veränderungen der Seilkräfte, Lagerbewegungen und Fahrbahnschwingungen in Echtzeit beobachten. Dehnungsfugen und Lager sind auf den Temperaturbereich und Wind abgestimmt. Die Kombination aus steifen Fachwerkfahrbahnen, dichter Sensorabdeckung und konservativen Lastannahmen unterstützt einen reibungslosen Betrieb, selbst bei hohem Verkehrsaufkommen und saisonalen Winden über dem Fluss.

Vergleich mit anderen bedeutenden Brücken

Die Hauptspannweite der Changtai-Brücke von 1.208 Metern übertrifft die der Russki-Brücke im russischen Wladiwostok, deren Schrägseilbrücke eine Hauptspannweite von 1.104 Metern hat. Noch größere Spannweiten gibt es bei Hängebrücken, etwa bei der türkischen Çanakkale-Brücke von 1915 mit einer Hauptspannweite von 2.023 Metern. Die Entscheidung für eine Schrägseilbrücke in Changtai beruht auf dem Bedarf an einer sehr steifen Fahrbahn, die Hochgeschwindigkeitszüge neben dem Straßenverkehr tragen kann. Zugleich sollte der Flächenbedarf massiver Verankerungsblöcke von Hängebrücken begrenzt werden.

China hat entlang des Hauptlaufs des Jangtse mehr als hundert große Brücken gebaut. Das Ziel, bis 2035 rund 240 Flussquerungen zu erreichen, zeigt, wie stark wachsende Regionen den Verkehr auf viele Routen verteilen, statt sich auf wenige Engpässe zu verlassen. Mit ihrer Rekordspannweite und der kombinierten Verkehrsführung bietet die Changtai-Brücke ein neues Vorbild für künftige Flussquerungen, bei denen dichte städtische Verbindungen eine kompakte Mehrzweckkonstruktion erfordern.

Die wichtigsten Punkte

• Die Brücke ist 10,3 Kilometer lang und verbindet Changzhou und Taizhou über den Jangtse
• Die Hauptspannweite beträgt 1.208 Meter und ist die längste bei einer Schrägseilbrücke
• Erste Jangtse-Querung, die eine Schnellstraße, eine normale Straße und eine Intercity-Bahn in einem Bauwerk vereint
• Auf der unteren Ebene verlaufen eine Bahn für 200 km/h und eine Straße nebeneinander, erstmals bei einer Brücke dieser Größenordnung
• Die 350 Meter hohen Hauptpylone haben eine rautenförmige Verbundkonstruktion
• Zwei Brücken über Nebenarme nutzen 388 Meter lange Stahlfachwerkbögen und stellen Rekorde für kombinierte Nutzung auf
• Studien ergaben bei den großen offenen Senkkastenfundamenten in schluffigen Tonböden eine endgültige Setzung von etwa 225 Millimetern
• Zu den Bauinnovationen gehörten ein intelligenter Turmdrehkran mit mehr als 10.000 Tonnenmetern Hubleistung und ein besonders großer Deckkran
• Die Hauptfachwerkträger wurden mit einer Abweichung von höchstens 2 Millimetern geschlossen; 3D-Laserscans und Vermessungen bestätigten die Genauigkeit
• Bei den Belastungstests kamen bis zu 110 Lastwagen mit einem Gesamtgewicht von rund 4.400 Tonnen zum Einsatz; mehr als 800 Sensoren überwachten die Reaktionen
• Die Fahrzeit zwischen den beiden Städten sinkt von etwa 80 auf rund 20 Minuten und stärkt das Verkehrsnetz im Jangtse-Delta