50 米鋼箱梁加工制造施工技術研究

羅康勇LUO Kang-yong

（中鐵五局集團成都公司，成都 610091）

0 引言

天府國際機場位于成都龍泉山以東，簡陽蘆葭鎮境內，天府機場高速公路TJ10 標段概況，本標段起點位于天府新區興隆鎮斑竹村，終點位于白沙鎮梅家村，標段起點里程：AK2+500，終點里程：AK6+100。主線長度3.6km，路基寬度34.5m，采用設計速度120km/h，雙向六車道高速公路技術標準。標段包含A 支線1 號特大橋、A 支線2 號大橋、雙簡互通立交及互通綠化。

本標段有4 跨50m 鋼箱梁分別上跨鹿溪河和雙簡快速路，如何保證安全、順利實施箱梁制造、運輸及起重吊裝是施工的重難點，本文闡述了50m 鋼箱梁的加工制造施工技術。

1 鋼板梁加工制造方案和工藝流程

1.1 典型鋼梁結構組成見表1

表1 各聯鋼梁主體結構形式

本項目鋼梁為工字型結構，每個梁段由底板、腹板、頂板、橫聯及挑臂組成。鋼梁梁段示意圖見圖1。

圖1 鋼梁梁段示意圖

1.2 鋼板梁板單元制造方案

本項目鋼梁頂/底/腹板的對接熔透焊縫是關鍵的傳力焊縫，其焊縫施工工藝需嚴格按標準控制；板單元的焊接質量直接影響梁段構件的尺寸精度和產品合格。

1.2.1 板單元劃分

綜合考慮鋼板梁結構特點、供料、運輸、工裝設計及批量生產等因素，盡力使板單元構件尺寸統一，目的是減少其種類和拼接工作量。根據設計圖紙，生產車間對各聯鋼板梁初步劃分了板單元，主要板單元及單元件形式如圖2~圖6 所示。

圖2 底板單元圖

圖6 頂板單元

過程控制標準化，所有板單元按種類在車間專用模架上流水線作業制造，產品質量可靠。

1.2.2 關鍵工藝

板單元制造的控制要點：

①鋼板趕平及預處理；

②數控精切下料；

③利用板肋單元組裝定位胎架組裝頂、底、腹板單元；

④利用板肋反變形焊接胎架焊接頂、底、腹板單元；

⑤對單側有縱肋的板單元采用反變形焊接措施；

⑥優先選用自動和半自動CO2焊接方法。

圖3 腹板單元

圖4 橫隔板單元圖

圖5 挑臂單元

1.2.3 典型板單元制造工藝流程

①頂板單元，見工藝圖7~圖8。

圖7 頂板制造工藝

圖8 頂板制作工藝流程圖

1）制造工藝。

2）制造工藝流程。

②底板、腹板單元。

1）制造工藝，見圖9。

圖9 制造工藝

2）單元制造工藝流程，見圖10。

圖10 單元制造工藝流程

③橫梁單元，見圖11~圖13。

圖11 橫梁單元制造工藝

圖13 橫梁單元制造工藝流程

1）制造工藝。

橫梁為工形截面，上邊與頂板單元焊接，由于其兩側接腹板，上接頂板，中間由螺栓連接，因此如何保證其幾何尺寸、螺栓孔間距精度，保證在節段制造時減少焊接變形是橫梁制造的關鍵所在。我們將借鑒以往類似構件的制造經驗，優化工藝流程，消除焊接及修整的影響。

2）工藝流程。

2 板梁梁段制造

板單元制成后，在車間施作梁段的總拼裝。針對本橋鋼板梁的結構特點，運用多節段連續匹配拼裝、焊接和預拼裝同步完成的施工方法。本標段共24 個梁段，為滿足架設工期要求，在進行梁段總拼裝線同時進行預拼裝。本標段共分2 批次加工制造，各橋整體預拼裝合格后，標記梁段號，出胎進入涂裝工序。在梁段制造中，梁段的組焊按照底板→腹板→中間頂板→邊頂板的順序，逐段組裝與焊接。組裝時重點控制橋梁的線形、鋼板梁構件尺寸允許誤差等。

2.1 板塊二拼組焊

組裝梁段之前，應該先在專用胎模架把二或三塊頂（底）板單元小件拼焊成一件吊裝構件。采取預設焊接收縮量的標準件控制焊縫兩側鄰近加勁肋的間距，且預置反變形，使焊后板塊的尺寸和平整度滿足設計要求。由于采用上述方案，能減少50%需在總拼裝胎模架上對接的焊縫量。這樣，不但能縮短制造時間，而且容易控制鋼板梁的外形尺寸。

2.2 關鍵技術措施

①總拼裝胎模架需滿足《技術規范》要求，胎模架應該有定位底板單元的縱、橫基準線、基準點和橋梁中心線，胎模架外設置專用的基準線、基準點，便于對胎模架進行復測校正。

②每一梁段的第一塊板單元上胎定位及制造中的測量工作均應避開溫度的影響。

③提倡推廣使用陶質襯墊單面焊的焊接工藝。

④選用合理的焊接步驟和反變形、約束工藝等技術措施控制焊接變形。

以板單元為零件在拼裝基地實行多梁段連續適配組焊和預拼裝，即梁段組焊和預拼裝在胎模架上一次完成。組裝采用“正裝法”，以胎架為外模架，以腹板為內模架，各板單元按縱、橫基線定位，并靠加固設施來保障構件尺寸符合要求。為使梁段對接焊縫錯開，將腹板、縱肋等端部焊縫預留200～300mm 暫不焊接，待橋上安裝后與環縫一起施焊。按照底板→腹板→頂板的一般性步驟組拼梁段，進行逐段組裝與焊接。

圖12 橫梁單元結構圖

2.3 總拼裝胎模架

總拼裝胎模架應達到下列要求：

①胎模架縱斷面上線形各點標高按設計給定的縱坡及預拱度設置；橫斷面考慮焊接變形和重力的作用，設置適當的上拱度。

②胎模架基礎承載力必須滿足要求，確保在制造作業過程中不發生沉降。胎模架要有足夠的剛度，不得因鋼板梁梁段拼裝時載荷增加而產生變形，導致鋼板梁梁段變形或鋼板梁節段產生較大的安裝應力。

③拼接組裝施工中，應由胎模架上各基準點控制所有被安裝部件的位置及高程誤差均符合要求，使鋼板梁段的外形尺寸精度符合設計要求。

④每一批次梁段完成且移開后，重新對胎模架進行復核檢測，如實記錄檢測結果，確認合格后才能進行下一批次的組拼。

車間制作總拼裝胎模架，見圖14。

圖14 組裝胎模架圖

2.4 梁段制造

每橋鋼板梁實際拼裝為各個節段全部在同一胎架上進行預拼裝，按照由中間向兩邊逐步組裝的順序依次進行，各塊體之間采用臨時匹配的形式控制尺寸精度和整體線形。

①塊體線形是整體節段基礎控制點，也是全橋線形的理論控制線，所以根據橫、縱基線首先組焊定位底板。見圖15。

圖15 塊體線性

②組焊腹板單元。

腹板組裝定位時，以底板的基準線確定腹板的位置，用全站儀檢查各邊腹板的線型直順，合格后固定并焊接。全部組裝完畢后焊接見圖16。

圖16 組焊腹板單元

③組焊橫梁、挑臂單元。見圖17。

圖17 組焊橫梁、挑臂單元

橫梁組裝時，注意復測兩相鄰箱室腹板間間距，確保橫梁組裝后梁段塊體的整體尺寸；挑臂單元組裝時，應確保縱橋向間距及端部高程是否符合要求。

④組焊頂板單元。

為縮短總拼裝時間加快施工進度，在頂板部件用于組裝梁段之前，先在定型模架上把二塊頂板部件拼焊成一個吊裝構件。

⑤組焊吊耳。

根據橫縱基線，立體劃吊耳板組裝線，組裝、焊接吊耳板單元。

⑥長度二次配切，組焊工地臨時匹配件。

待梁段組焊完成，根據梁段的制造長度，配切頂、底板、腹板非基準端坡口。組焊工地臨時匹配件：匹配件為拼裝場內梁段間預拼裝定位構件，關系到施工現場橋上吊裝定位精度，需要控制匹配件安裝誤差。然后拆散解體下胎模架、涂裝、發運工地。

3 結束語

組裝與焊接應注意梁段焊接，優先選用自動或半自動CO2焊工藝，拼焊頂板時，必須精確預留腹板上下對接橫縫收縮量，控制鋼箱梁箱體高度。

通過上述技術措施及工藝控制，鋼梁頂/底/腹板單元的對接熔透焊縫，其焊縫質量得到嚴格控制，梁段制造及梁段拼裝按照由中間向兩邊逐步組裝的順序依次進行，各構件塊體之間采用臨時匹配的形式控制尺寸誤差和整體線形，經過檢測全部合格，有效保證了50m 鋼箱梁制造及安裝施工質量。