目前，我国高铁建设取得举世瞩目的成就，高速铁路工程中大跨度桥梁工程越来越多，鉴于钢管混凝土结构的优势，铁路钢管拱桥发展迅速，应用越来越广泛。但大跨度钢管混凝土拱桥均存在矢量高、跨度大、自身大、工艺复杂等特点，对施工流程、工艺等要求严格。郑万高铁汉江双线特大桥采用异位拼装+整体纵移+整体提升方法。钢管拱整体提升工艺能有效降低钢管拱拼装高度，降低钢管拱纵移及拼装施工中的风险，减小对拼装设备的要求。

　　 新建郑万铁路为设计时速350 km的高速铁路，在湖北省襄阳市境内跨越汉江。主拱拱肋计算跨度为220m，轴线长度为220m，设计矢高44m(见图1)，矢跨比f/h=1/5，拱轴线采用二次抛物线，设计拱轴线方程为y=1/275x²+0.8x。主拱为钢管混凝土结构，截面采用等高度哑铃形截面，截面高3.4m,2榀拱肋间横向中心距为12m。钢管拱拱肋及横撑材质均采用Q345aD,22对吊杆采用钢绞线整体挤压索。

　　 钢管拱纵移段长度为157.9m，高度为28m，在4×48m简支梁上进行拼装，然后通过千斤顶顶推到设计提升位置，采用提升塔进行整体提升 ^[1]，提升塔采用梁柱式结构，搭设高度达90m，整体提升段加上附属结构重达930t，利用8台200t连续梁千斤顶进行提升，钢管拱整体提升施工如图2,3所示。

　　 结合现场实际施工特点、工期等，现针对提升塔搭设位置提出2种施工方案。

　　 1)方案1将钢管立柱搭设在主桥连续梁梁面上，立柱采用1 000×10钢管，搭设高度约35m，搭设3道Z形平联和1道大桁架顶层平联，Z形平联搭设间距为6m，立柱底部与梁面预埋钢板连接固定。提升塔平面布置如图4a所示。

　　 2)方案2在汉江中振设钢管立柱，钢管立柱长达90m左右，入土深度达11m，共设置6道Z形平联和上、下2层钢管大桁架，同时在梁面上设置426×6附墙件，单个提升塔共设置4道附墙，确保提升塔整体稳定性。提升塔平面布置如图4b所示。

　　 方案比选如下。

　　 1)工期比选方案1提升塔搭设共耗材约100t，为不影响主桥连续梁线形、受力，需在主桥完工后进行提升塔搭设，预计搭设完成时间为35d，纵移工期将大大延迟。方案2提升塔搭设在汉江中，可与主桥同步施工，同步进行，主桥连续梁全部施工完成的同时，提升塔搭设同步完成，为后期无砟轨道施工提供工期的保证，而且为后期施工争取约2个月的施工时间。

　　 2)施工空间方案2提升塔搭设在梁面处翼缘板位置处，由于受后期钢管拱纵移及纵移台车的影响，施工空间受限，纵移台车大横梁过长，无法通过第1个提升塔，若采用第1个提升塔后搭的施工方法，后续工期将无法得到保证。方案2可综合考虑各种施工因素，确定提升塔支腿间距，施工空间可调，且与后续施工无任何冲突。

　　 从施工工期及施工空间上进行对比，方案2更适用于现场实际施工。

　　 提升塔主体结构 ^[2]对成本预算、安全风险等有着巨大影响，现有2种结构形式:(1)结构形式1提升塔支腿为3根钢管立柱;(2)结构形式2提升塔支腿为4根钢管立柱。

　　 1)结构形式1提升塔3根立柱呈三角形分布(见图5a)，钢管间距为4m，共设置6道Z形平联，同时设置上、下2道大桁架平联。

　　 2)结构形式2提升塔搭设4根钢管立柱(见图5b)，钢管立柱间距为4m，共设置6道Z形平联及上、下2道大桁架平联。

　　 现采用MIDAS/Civil对2种结构形式进行模拟加载，从强度、刚度及稳定性等方面进行验算，主要考虑因素为结构自重、施工荷载、风荷载、流水荷载及漂浮物撞击荷载。对比结果如表1所示。

　　 1)结构形式1单个提升塔整体耗材约260t，施工成本较低，钢管立柱最大反力达1 919.8kN，且3根钢管受力不均匀，稳定性较差，最大入土深度达14m，根据现有施工设备和实际地质条件，无法达到设计入土深度，不能满足施工要求。

　　 2)结构形式2单个提升塔整体耗材达315t，施工成本较高，钢管立柱最大反力为1 256.4kN,4根钢管受力均匀，提升塔变形较小，稳定性屈曲分析临界荷载系数较大，安全系数较高，钢管入土深度为11m，现有设备完全可以满足。

　　 综上，结合现场实际情况及设备能力，采用结构形式2进行提升塔设计与施工。

　　 提升塔搭设高度 ^[3]对施工成本、施工安全及结构整体稳定性存在较大影响，是提升塔设计的主要控制要点，在提升塔架设计时，提升塔高度主要影响因素为纵移段长度和提升塔架提升高度，钢管拱纵移段纵移距离较长，迎风面积较大，抗倾覆性较差，在纵移长度选择时，充分考虑各种施工因素，纵移段长度为157.9m时最有利，此时纵移段拱顶距离梁面高度为28.1m，纵移到设计提升位置后，需提升高度为18m，综合提升高度和纵移长度，现将顶部平联距离梁面高度定为29.623m，距离设计钢管拱位置35cm处。此设计可节约大量材料成本，同时可降低提升塔整体高度，保证施工整体安全性。

　　 同时，提升塔支腿间距对提升塔架的稳定性存在较大影响，在对提升塔架支腿间距设计时，主要考虑因素为钢管拱纵移时运拱台车大横梁长度，设计长度为15.4m，为保证运拱台车顺利通过，同时为避免其他施工因素的影响，现将提升塔两支腿间距设计为17.2m，为两侧留足施工空间。

　　 提升塔钢管立柱顶部距离河床高度为77m，入土深度达11m，长细比较大，立柱稳定性较差，屈曲变形较严重。从安全控制方面入手，采用平联加斜撑的格构结构形式，采用MIDAS对比验算，并结合施工成本要求，以设置6道格构为最佳，同时两提升塔之间设置底层和顶层2道大桁架，增强提升的整体稳定性。

　　 为增强提升塔抗倾覆性，连续梁两侧提升塔在梁面上设置附墙件，附墙件采用平联加斜撑的形式，与提升塔钢管相连的部分采用焊接方式连接固定，在与梁面一侧连接位置，先在梁面位置预埋钢板，梁面处的连接方式是提升塔稳定性设计的一个重难点。平联与钢板采用固接方式直接连接，也可在钢板位置处焊接耳板，设置销轴，在梁面处采用铰接方式连接。若提升塔发生倾覆时或温度应力变化时，采用刚接方式连接，将会对提升塔产生作用力，导致出现额外施工应力;而采用铰接方式连接，可抵消额外施工应力，同时具备可调性，能满足不同施工条件。

　　 承重梁与扁担梁为主要受力构件，主要考虑因素为整体偏载、构件受力应力及变形情况。现拟采用2种施工方案进行对比:(1)方案1垫梁搭设在钢管立柱顶部，如图6a所示;(2)方案2将垫梁搭设在2排钢管立柱中间位置，如图6b所示。

　　 针对2种施工方案，采用MIDAS进行模拟加载，并对结构整体受力及变形情况进行对比，如表2所示。

　　 根据MIDAS模拟计算结果表明，两种结构形式均可行，但是方案一结构承受应力较小，构件最大变形较小，为确保整体施工安全、节约材料成本，选用第1种结构形式作为承重形式。

　　 提升塔结构设计 ^[4]主要考虑工况为结构自重、施工荷载、横向和纵向风荷载、水流荷载及漂浮物撞击荷载(见表3)。

　　 主要考虑工况为:验算起吊状态及提升下，在纵向或横向风荷载作用下的强度、刚度和稳定性。采用MIDAS/Civil建立模型进行模拟验算。

　　 整个施工过程中，纵移段钢管拱整体提升时，提升塔受力最大，受力时间最长，并且搭设高度大，提升塔河床以上高约80.0m，整体稳定控制至关重要。

　　 提升塔设计为门式结构，门式结构支腿采用四边形桁架。每个提升塔设置2个支腿，每个支腿采用4根钢管立柱，全部为1 000×10钢管。每侧支腿4根钢管之间设置426×6钢管平联和斜撑形成格构结构(见图7)。提升塔塔顶设HN900×300型钢承重主梁，为提升千斤顶提供安装位置。

　　 钢管桩与土相互作用模型通过“m”法进行模拟，本结构钢管桩计算宽度为1.8m，进行MIDAS/Civil模拟时采用节点弹性连接进行模拟，并根据计算的地基弹簧系数对应输入节点弹性支撑系数。模拟时，土层采用1.0m一个单元进行模拟，钢管桩入土深度按11.0m计算。

　　 1)柱间结构设计为增加钢管之间稳定性，在2根钢管桩之间设置6道Z形平联，平联均采用426×6钢管。平联与钢管立柱间采用哈佛接头进行连接，哈佛接头采用446×6钢管，长度为30cm，与钢管立柱之间采用焊接连接牢固。

　　 2)支腿间结构设计提升塔两支腿间设置2层桁架平联将提升塔连成整体，下平联采用426×6钢管。顶层平联与HN700×300扁担梁相互连接，平联采用426×6钢管及630×10钢管，并采用哈佛接头与立柱连接固定。

　　 3)提升塔顶部结构设计提升塔顶部由承重梁和垫梁组成，承重梁采用HN900×300型钢，垫梁采用HN700×300型钢，承重梁上搭设提升操作平台并在四周设置护栏，护栏高度≥1.2m。提升塔顶部结构如图8所示。

　　 4)提升塔附墙件设计为提高提升塔整体稳定性，在梁体顶部设置1道附墙件，附墙杆采用426×6钢管并设置斜撑。同时，附墙件与梁体之间采用预埋钢板与焊接耳板进行连接。附墙件平面布置如图9所示。

　　 提升塔安装 ^[5]拟采用90t履带式起重机进行施工，支架施工过程中需吊装最重DZ-150振桩锤，重约14.2t，为确保施工效率和安全，保证履带式起重机在吊幅10m范围内进行施工，则需对原栈桥平台进行加宽处理，临时栈桥设计为2跨，采用梁柱式贝雷结构，临时栈桥从上而下结构形式为面板、分配梁、贝雷梁、承重梁及钢管立柱。

　　 提升塔整体高度达80m，钢管立柱入土深度11m，高出栈桥面53m，高出梁面32m，高出栈桥部分采用90t履带式起重机施工，高出梁面部分采用桥面汽车式起重机施工。低部位处的平联及大桁架采用履带式起重机安装，高处平联和大桁架采用桥式起重机进行安装即可。

　　 提升塔顶部承重梁采用3HN900×300型钢，单根长21m，重15t，顶部扁担梁采用3HN700×300型钢，单根长27m，重约15t。梁面宽13.2m，为不影响桥面其他项目施工，需将型钢顺桥向放置，安装时需采用汽车式起重机配合导向绳进行旋转施工确保其达到设计位置。

　　 在每个提升塔顶安装4台200t液压连续千斤顶。千斤顶位置可在纵桥向微调，然后固定在主承重横梁上，下吊点设置在拱脚钢箱上，锚点位置设置牛腿，钢箱内侧增加加劲板。承重梁与垫梁之间应焊接连接，同时还应焊接斜撑，防止倾倒。

　　 为减少吊点周边钢管拱内力和变形，提升系统上吊点设置在拱脚固定钢箱两侧，利用钢箱上设置的反力牛腿作为提升下锚点，每个钢箱设置2个，提升钢绞线每束采用15根^s15.2钢绞线。提升系统安装完成后，启动液压千斤顶，收紧钢绞线束，检查上、下吊点的夹片锚固情况。

　　 1)开启千斤顶，使钢绞线束拉直，处于10%应力的初始状态。检查钢绞线束垂直度。如果发生偏差，找到原因重新调整后再次检查。

　　 2)解除运拱台车箱形支撑架与钢箱的螺栓连接后，继续开启提升千斤顶，监控4个吊点千斤顶提升力，保持4点提升力均衡，标高水平，缓慢加载将钢管拱整体提高5～10cm，悬停≥2h。

　　 3)检查提升塔和液压千斤顶系统及塔顶位移、各受力点工作状况是否正常，若有问题，应立即停止操作，将钢管拱落回支撑架上，进行整改，正常则进入后续工作。

　　 4)检查脱空后的钢管拱变形是否超过设计计算允许范围。如果超出允许范围，检查临时预应力钢绞线束是否需补拉，或者落回支撑架上找出原因后，方可进行下一步工作。

　　 5)脱空后各项检查完毕后，继续平稳提升整体钢管拱节段。提升过程中8个吊点标高需在同一水平面，提升过程中要全程测量监控，8个吊点高差≤10cm。千斤顶提升过程中，每个行程≤10cm，只有8台千斤顶同一个行程同时达到10cm后，方可进行下个行程的提升，保证每台千斤顶行程差值控制在10cm以内。8个吊点提升力也要平均，防止某个吊点超出安全范围发生危险。若标高和提升力相对误差超过安全范围，起吊过程立刻停止，调节单吊点到安全范围以内方可继续提升。

　　 6)微调提升钢管拱节段至设计位置，在调整整体提升节段的标高和轴线达到允许范围后，在提升塔内侧钢管支架上、下位置处安装2层横向限位装置，同时钢管拱设置缆风绳，提高抗风能力，防止钢管拱风振晃动。

　　 7)钢管拱提升前，安装缆风绳，待风力超过6级，立即停止提升并将缆风绳拉紧锚固。

　　 郑万高铁汉江特大桥采用较为新颖的施工方法，顺利完成主桥钢管拱施工，同时为后期施工缩短大量工期，主桥提升施工是整个施工过程的一大亮点，通过对其设计控制的严格把握，从安全性、整体稳定性、材料成本等方面均做到最优化，保证整个施工顺利完工，克服工期紧张、施工条件受限、施工难度较大等难题。