大型鋼管拱橋栓接式腹桿孔群精度控制工藝

1 工程概況

藏木雅魯藏布江特大橋全長525.1m，是川藏鐵路線拉林段的重要控制性工程，該項目位于藏木水電站上游1.2公里處，跨越雅魯藏布江大峽谷。該橋采用跨度430m的中承式鋼管混凝土拱橋，拱高112米。主拱圈由兩片“內傾式”拱肋組成，傾角4.6091°，拱肋中心距由拱角處的25m過渡至拱頂處的7m。鋼梁總重約1.3萬噸。拱肋為鋼管混凝土桁架結構，拱肋截面采用變截面，拱肋越高，截面高度隨之平緩降低，拱腳處最高13.2米，拱頂處為7.2米，總寬保持3米不變。拱肋截面均采用四肢桁式截面，即左右側拱肋截面均由四根鋼管混凝土截面組合而成。拱肋腹桿為H型或箱型桿件。拱肋鋼管上連接部位焊接節點板，拱肋腹桿與節點板采用對拼式栓接接頭連接，螺栓為M30的高強度螺栓。

2 結構形式介紹及工作部署

根據設計圖紙，上下弦拱肋間設置直、斜腹桿連接。拱肋上下弦鋼管上連接部位分別采用焊接方式連接節點板，拱肋腹桿與節點板利用拼接板采用對拼式栓接接頭連接（如圖1、圖2所示）。根據本橋地理位置及工程特點，擬定在林芝設立鋼結構加工基地，主要負責弦管單元制造（含節點板拼裝）、拱肋腹桿制造和連接件制造。運輸至加查總拼裝場地后，進行腹桿及拼接點組裝，施擰高強螺栓，組拼成整體吊裝節段后出胎；將整體吊裝段翻身后裝船運至橋位進行架設。

圖1 腹桿設置及連接布置圖

圖2 腹桿連接剖視圖

3 加工制造難點分析

由于腹桿采用對拼式栓接，涉及匹配零件較多，且節點板安裝于曲線拱肋鋼管上，角度難以控制，并受兩地制造影響，板束孔群無法一次性匹配完成。為保證總拼現場板束孔群匹配精度，確保孔群過孔率滿足規范要求，對涉及零部件制孔工藝提出較高要求。分析拱橋結構形式和特點，要實現其孔群精度要求，從在以下加工難點：①節點板包含兩組及以上孔群，且分別位于不同角度，節點板制孔時多組孔群相對位置的控制和節點板安裝時孔群角度及其與拱肋的相對位置的控制為工藝的關鍵；②腹桿連接上下弦拱肋節點板，且腹桿長度較長，其兩端孔群的精度控制須得到有效保證；③對拼式栓接結構，拼接板覆蓋式連接節點板與腹桿孔群，且需考慮由于節點板及腹桿孔群位置偏差對拼接板孔群造成的影響。

4 加工過程中采取的工藝措施

針對以上加工難點，在孔群的鉆制過程中，采取了如下措施確保加工質量。

4.1 節點板加工工藝

（1）節點板數控切割機精切下料，小車精切焊接邊坡口。

（2）對于長度≤4000的板件，采用數控鉆鉆孔。對于長度＞4000的板件，使用搖臂鉆床鉆孔，先在板件上劃出樣板對向線，采用小樣板對線卡固后鉆孔（如圖3所示）。

圖3 節點板制作示意圖

（3）弦管接長并回胎檢查后，以地胎上已放樣對向線為基準，使用經緯儀返節點板位置線如圖4所示（具體方法為：將與節點板連接腹桿中心線返至弦管表面）。

圖4 節點板返線示意圖

（4）制作啞鈴拼裝胎架，使待拼裝節點板位置朝上，平聯管焊接完成后，在節點部位弦管外表面上返出節點中心平面的位置線，以此為基準組裝節點板，須保證節點板平面鉛垂。節點板長度方向的位置，以節點板上的定位線和弦管上的節點板定位線對應來確定。節點板角度及其與弦管相對位置通過控制節點板孔群與弦管相對高差確定（如圖5、圖6所示）。

圖5 啞鈴拼裝胎架示意圖

（5）焊接節點板與拱肋弦管的焊縫，進行焊縫檢測，矯正焊接變形。

4.2 腹桿加工工藝

圖6 節點板標高控制

（1）蓋板、腹板采用數控切割機精切下料，長度方向預留焊接收縮量。控制腹桿兩端螺栓孔群及外延500mm范圍的腹板高度，允許偏差為h±0.5。

（2）在組裝胎架上進行H形組裝。

（3）構件焊接完成后在H形矯正機矯正蘑菇變形，火焰矯正彎曲、扭曲變形和局部不平度。

（4）構件的幾何精度經檢測合格后，在專用劃線平臺上，劃出鉆孔模具的對向位置線。平臺上布置縱、橫向基準線（如圖7所示）。

圖7 腹桿平臺劃線示意圖

（5）采用卡高精度樣板搖臂鉆鉆孔，需要精密對鉆孔模具對向線，同時桿件的支撐必須水平穩固，以確保制孔精度。制孔后對孔群精度進行檢查。

4.3 拼接板加工工藝

（1）上弦拼接板：拱肋腹桿上端的拼接板，采用先孔法工藝，廠內完成全部數量螺栓孔的鉆制，采用數控平面鉆鉆制。

（2）下弦拼接板：拱肋腹桿下端拼接板，下料時尺寸須加大，長度方向（沿桿件軸線方向）加大15mm，寬度方向（垂直于桿件軸線方向）下料尺寸允許偏差為+1～+2mm。廠內僅鉆制一半數量的螺栓孔（拼接縫一側），采用數控平面鉆鉆制。另外一半螺栓孔后期配鉆（在總拼場或橋位進行），采用搖臂鉆床配合覆蓋式樣板鉆制。

5 工藝措施的效果及結論

在拉林鐵路藏木特大橋加工制造過程中，通過嚴格落實工藝措施，加強質量監管，所有桿件均實現一次了一次報驗合格100%。目前已完成前三吊裝段（共12節梁段）的總拼及架設，各項檢測數據均在設計允許范圍內。該橋梁加工工藝措施和工藝流程合理，確保產品加工質量，并可在后期類似結構的加工制造奠定基礎。

［1］Q/CR 9211—2015 鐵路鋼橋制造規范［S］.

［2］GB 50923—2013 鋼管混凝土拱橋技術規范［S］.

［3］GB 50205-2001 鋼結構工程施工質量驗收規范［S］.