超大寬幅斜拉橋鋼箱梁制作加工技術

【中圖分類號】 U445.47 ⁺2

謝宗賢1，鄧林潔2，謝華明3（1.四川公路工程咨詢監理有限公司，四川成都610000；2.中鐵城市發展投資集團有限公司，四川成都610000；3.四川興蜀公路建設發展有限責任公司，四川成都610041）

【文獻標志碼】 B

0 引言

橋梁的建造過程中，橋梁的鋼箱梁加工與安裝是非常重要的工序[1]。鋼箱梁制作加工技術的好壞，直接影響整個橋梁的質量安全，是橋梁施工過程中的重中之重。本文將就橋梁鋼箱梁的制作加工技術進行有重點的敘述。

1 工程概況

某主橋總長 513m ，為獨塔雙索面鋼梁鋼塔結構斜拉橋，鋼箱梁按（ 45+185+238+45 ） m 跨長布置，主梁中心梁高 3.7m ，標準段采用雙邊鋼箱結構，標準段橋面寬 64m ，主

塔區橋面局部寬度達 85.813m ，塔梁區采用密封整箱結構，全橋鋼結構工程用鋼量約4.3萬t，其中鋼箱梁的用鋼量約2.8萬t（圖1、圖2）。

2 鋼結構加工前準備

2.1制定鋼箱梁分段分塊加工方案

根據主梁的安裝方案：東側和西側主梁均采取頂推方式，頂推施工長度分別約為 272.5m.240.5m ，其中東側的分兩次頂推，頂推長度分別為 116m+156.5m_? 。對于主梁的縱向分段和橫向分塊，已通過設計單位確認，主要情況如下：

圖1 64m 標準斷面橫向分塊布置（單位： mm ）

（1）東側主梁縱向分段長度不超過 9.0m ；西側主梁縱向分段長度不超過 15m ，主要在 9～15m 區間。（2）對于塔梁固結點，縱向再次進行分段，分段長度在6.0～9.0m 之間。（3）主梁縱向分段確保每個拉索錨箱結構（含導索鋼管）完整的在一個梁段內。（4）主梁縱向分段共計52段，最短 5.03m ，最長15.0m ;主梁共計分成運輸單元塊（含懸挑部分）736個，最大重量不超過 90t 。

2.2鋼箱梁加工重、難點

2.2.1高強度厚鋼板焊接難

主梁鋼板厚較厚（厚度集中在 30mm.32mm.40mm ），涉及到的厚鋼板對接和角接焊縫質量要求高，均為全熔透焊縫，焊縫質量控制為重點，控制措施如下：

（1）依據制作加工焊接工藝方案，通過焊接工藝評定試驗，編制焊接工藝評定報告，并經專家評審，再編制焊接作業指導書用于指導現場焊接作業，對焊接人員進行焊接工藝交底，嚴格按照焊接工藝要求實施焊接。

（2）安排焊接技能過硬的焊工焊接熔透焊縫，并全部經焊接考試合格后才能進行焊接作業，過程中作好焊接記錄，過程隨時監控。

（3）加工廠常駐焊縫無損檢測人員，隨時對焊縫質量進行跟蹤檢測。

2.2.2裝配尺寸精度控制難

主梁節段的拼裝精度要求高，拼裝尺寸控制成為重點和難點，控制措施如下：

（1）通過三維實體模型，依照分段分塊方案，對主梁節段進行分塊拼裝，每一塊單元搭設拼裝胎架，總裝胎架縱橫向組裝箱體數量滿足車間場地需求。

（2）集體討論研究，制定出合理的裝配工序和裝配工藝。

（3）加大過程中檢查和監控力度，對一些關鍵控制點、控制尺寸必須及時檢查，確保裝配偏差滿足要求后再進行下一道工序。

（4）對曲線較大的節段，實行試拼裝，檢驗板單元適配精度，優化拼裝工藝，保證正式拼裝的精度。

2.2.3焊接變形控制難

由于箱體截面尺寸大，厚鋼板較多，熔透焊縫較多，如何減小焊接變形是重點控制事項，控制措施如下：

（1）編制焊接工藝文件，對不同的箱體結構分別制定合理的焊接順序，盡可能的采取對稱施焊原則，減小焊接變形。（2）對焊接人員進行焊接工藝交底，嚴格按照焊接工藝要求實施焊接。（3）安排焊接技能過硬的焊工焊接熔透焊縫，并全部經焊接考試合格后才能進行焊接作業，提高焊接一次性合格率。（4）根據構件不同特點，分別采取合理的臨時加固（防焊接變形）措施，減小焊接變形。

2.2.4橋梁外觀控制難

本工程橋梁為城市景觀橋，主塔、主梁，以及慢行系統人行橋，均屬直接暴露于外，橋梁外觀質量直接影響橋梁在市民心中的印象，因此，橋梁外觀質量必須重點控制，控制措施如下：

（1）嚴格控制焊縫焊腳尺寸大小符合要求，采用專用工具（焊腳檢驗尺）對焊縫大小進行檢測、監控。

（2）對于主梁結構，所有外露焊縫余高必須打磨勻順。

（3）對懸挑側擋板線型、人行橋底板、側腹板等的平整度（特別是拼接口部位的平整度）進行重點檢查控制。

（4）影響構件外觀的缺陷（飛濺、焊疤、藥皮、氧化鐵等）必須徹底清除干凈。

2.2.5油漆外觀控制難

本工程橋梁為城市景觀橋，油漆涂裝質量不僅影響橋梁涂裝壽命，而且油漆外觀質量直接影響橋梁在市民心中的印象，油漆外觀質量必須重點控制，控制措施如下：

（1）油漆本身質量必須合格，各項指標符合要求。

（2）嚴格規范施工，當施工環境溫度和濕度超標時，禁止施工。（3）格控制每一道涂裝質量，包括外觀質量及厚度質量合計。（4）安排專人采用專業儀器（漆膜測厚儀）對油漆厚度進行檢測，并作好檢測記錄。（5）箱體出廠前再一次對箱體油漆質量進行檢測，有污損、刮傷、漏噴等的，按要求進行補漆。

3鋼箱梁的制作加工

鋼箱梁是本橋的重要組成部分，項目編制了詳細地鋼箱梁的制作加工方法、工藝流程、焊接質量要求和幾何精度控制措施等專項方案，制作加工方案中充分應用新設備、新技術、新材料、新工藝來保證鋼箱梁的制作加工鋼箱梁質量，降低項目工程成本，縮短建設工期。

3.1鋼箱梁加工制作工藝流程

（1）單元加工。預處理一下料、調直及曲線一橫梁單元制作一橋面板單元制作一腹板單元制作一隔板單元制作—底板單元制作一懸臂單元制作一臨時存放。

（2）節段制造。板單元拼接一制造胎型準備一節段組 拼一組拼過程檢測一工裝臨時約束節段結構焊縫連接一焊 縫無損檢測一節段尺寸檢測一節段變形矯正一制造精度檢 測一節段預拼裝—預拼裝檢測—節段臨時存儲—預拼裝解 體一組焊匹配件。

（3）涂裝節段。表面除油污—噴砂除銹一箱內清砂一吸 砂除塵一節段涂裝。

（4）總裝節段。總裝胎架準備—節段總裝一總裝過程檢測一焊縫連接一焊縫探傷運輸—油漆補涂—精度檢測一變形矯正一總裝尺寸檢測。

3.2制作加工配備的主要設備

（1）鋼板預處理自動化生產線。西南地區技術最先進、配置最全面、同類行業規格最大的鋼板預處理設備，可對寬4m ，長 15m 的鋼板進行預處理，年處理能力： 15～30 萬t。

（2）等離子數控下料設備。該設備作為目前最先進的國產數控異形坡口切割機，可完美實現異形零件邊緣坡口的切割加工，性能穩定、定位精度高、切割質量好，能滿足大橋主塔、主梁所有零部件的下料工作。（3）板單元加工生產線。板單元自動化加工生產線包含：U肋自動定位組裝設備、U肋內焊設備、U肋外焊設備；隔板、懸挑機器人自動焊接設備以及板單元校正設備。（4）噴砂除銹涂裝設備。公司擁有多套噴砂除銹和涂裝設備，是西南地區鋼結構制造行業設備規格最大、配備環保處理設備的涂裝生產線，有力保證了涂裝質量和工期要求。（5）配套起重機械。公司有多臺歐式起重機，可滿足構件的吊運、翻身和預拼裝要求。車間材料轉運采用電動平車，構件轉運采用重型移梁車。

4鋼箱梁制作加工要點

對本橋鋼箱梁制作加工繪制了深化詳圖，詳圖主要分幾個大的方面進行，如布置圖、工裝胎架圖、零件圖、板單元加工圖、節段分塊單元構造圖、節段總拼裝構造圖等，確保完全滿足生產加工的需要。

將繪制的深化詳圖與原設計圖進行比較分析，進行分部位分批次出圖，整體建模保證連續的構件、板件一次制作加工，統籌考慮，再逐步各個細化，并充分考慮附屬設施的預埋件、預留孔等，保證深化詳圖滿足設計要求，符合鋼箱梁制作加工、安裝工藝需求。

4.1 鋼箱梁制作加工要求[2]

斜拉橋一般采用平衡懸臂法逐段安裝架設，即鋼箱梁是按照設計要求分段制作加工，然后運至施工現場逐節安裝，鋼箱梁節段之間全斷面對焊連接，直至整體橋面合龍。鋼箱梁結構為板系結構，按照大斷面、大體積鋼箱梁，由一塊一塊帶縱橫加勁肋的板單元構件組成，板單元構件在工廠焊接制作加工，各節段制作加工完成后，運輸到施工現場組裝、焊接。所以，鋼箱梁制作加工，不僅焊接質量是重要控制重點，其幾何尺寸精度的控制也是關鍵。

鋼箱梁為正交異性板結構，即由互為垂直的面板、縱肋和橫肋組成的箱體結構，基于這一構造特點和設計要求，鋼箱梁在制作加工重要步驟：

（1）制定詳細的制作加工工藝方案，提高制作加工機械化自動化程度。

（2）每節段箱梁中焊縫包含 CO₂ 焊、手工弧焊和埋弧自動焊等多種焊接方法，施焊位置包括平焊、立焊和仰焊；本橋鋼箱梁制作加工周期長達1年，必須充分考慮春夏秋冬季節變化及溫度、濕度、風雨等環境因素對鋼箱梁制作加工焊接的影響。

（3）鋼箱梁的幾何尺寸精度控制是制作加工鋼箱梁節段的長、寬、高，面板的平整度，相鄰節段端口和縱向肋的精密要求，成橋后的線形（拱度和橋軸中心線）等應滿足設計精度要求[3] 。

4.2推行先進制作加工工藝和技術[3]

鋼箱梁制作加工運用BIM技術繪制了深化詳圖，將鋼箱梁合理分解成各種帶縱橫加勁肋的板單元構件（如面板、底板、橫隔板、縱隔板、帶錨箱的外腹板、風嘴等），在專門工廠內胎型上組裝焊接，形成先進制作加工生產流水線，使各種板單元件產品標準化，確保了板單元件的質量穩定性，避免零散部件組裝成鋼箱梁，從而提高了項目建造工效，縮短了工期。

4.3全面推行\"四新”技術

（1）腹板、隔板工裝胎架制作加工的工裝胎架“H”型鋼搭設平臺自身必須具有足夠的強度和穩定性。

（2）U肋自動定位組裝設備，U肋內焊設備，U肋外焊設備，隔板、懸挑機器人自動焊接設備自動化制作加工生產線引進，給頂底板板單元制作加工提高了工效，降低了人工成本，縮減了建造工期。

（3）采用超聲波（UT）、磁粉（MT）設備對焊接的焊縫進行檢測，通過對焊縫進行探傷，來檢測每條焊縫當是否有裂紋或其他超標缺陷。

5 結束語

大跨度斜拉橋建造技術不斷創新，橋梁建設管理、設計、制作加工等方面技術受到了世界橋梁界的矚目。在超大寬幅鋼箱梁制作加工方面，全面推廣新技術、新工藝、新設備運用，形成了一整套適合自己的鋼箱梁制作加工方法，其制作加工質量控制和幾何尺寸精度上均達到世界領先水平。

參考文獻

[1］王輝平，洪軍，隋寶善，等.大跨度斜拉橋和懸索橋鋼箱梁制造技術［C]//中國鋼結構協會.中國鋼結構協會四屆理事會暨2006年全國鋼結構學術年會論文集，2006.

[2] 徐齊福.武漢市二環線漢口段工程鋼箱梁制作方案設計[J].華東公路，2010（8）：3-8.

[3］陶平.橋梁鋼結構的加工與安裝技術[J].現代制造技術與裝備，2016（10）：147-148.