委內(nèi)瑞拉北部平原迪阿鐵路鋼-混結(jié)合梁的制造與安裝工藝方案

夏 陽，齊金朋

(中鐵四局集團(tuán)鋼結(jié)構(gòu)公司，合肥 230022)

委內(nèi)瑞拉北部平原鐵路(線路設(shè)計全長為1 115 km)的迪那科(Tinaco)—阿那科(Anaco)段線路(簡稱“迪阿鐵路”)工程是中國中鐵股份有限公司以EPC方式與委內(nèi)瑞拉國家鐵路局(IFE)簽署的鐵路項目。鐵路設(shè)計為標(biāo)準(zhǔn)軌距的雙線鐵路(線間距為4.4 m)，旅客列車設(shè)計時速為220 km。迪阿段線路全長471.5 km共設(shè)有403孔(其中:31.5 m跨為398孔，39.5 m跨為5孔)鋼-混結(jié)合梁。鋼-混結(jié)合梁的設(shè)計、制造與安裝的主要依據(jù):《鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(TB10002.2—2005)〔1〕、《鐵路橋涵鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(TB10002.3—2005)、《鐵路鋼橋制造規(guī)范》(TB10212—2009)〔2〕等。

1結(jié)構(gòu)設(shè)計簡介

鋼-混結(jié)合梁的上部采用C50鋼筋混凝土道砟槽板，下部采用上部開口的雙箱(單室)的鋼箱結(jié)構(gòu)，鋼箱的上翼板焊有剪力釘用于與鋼筋混凝土道砟槽板的連接。

(1)鋼箱梁設(shè)計跨度為31.5 m和39.5 m兩種，31.5 m跨鋼箱梁的總體布置見圖1。

設(shè)計將鋼箱梁全長分為3個節(jié)段，分段尺寸如下:

圖1 31.5 m跨鋼箱梁的總體布置(未示橫截面)(單位:mm)

31.5 m跨(全長32.6 m):10.25 m(G1)+12.10 m(G2)+10.25 m(G1)

39.5 m跨(全長40.6 m):13.25 m(G1)+14.10 m(G2)+13.25 m(G1)

鋼箱梁3個節(jié)段間的腹板、底板采用拼接板高強(qiáng)度螺栓栓接，上翼板間采用全熔透的對接焊縫焊接。

(2)鋼-混結(jié)合梁混凝土道砟槽板的下部為2個截面尺寸完全相同的上部開口的鋼箱，兩鋼箱中心距為4 m，兩鋼箱間采用橫隔板相連。鋼箱橫截面尺寸見表1，鋼-混結(jié)合梁橫截面見圖2。單個鋼箱橫截面見圖3。

表1 鋼箱橫截面尺寸 mm

(3)鋼箱內(nèi)設(shè)有橫隔板。31.5 m跨全長共設(shè)有9個橫隔板(每個節(jié)段設(shè)有3個)，其最大間距為6 m。39.5 m跨全長共設(shè)有12個橫隔板(每個節(jié)段設(shè)有4個)，其最大間距為4.5 m。

圖2 結(jié)合梁橫截面(單位:mm)

圖3 鋼箱橫截面(單位:mm)

(4)兩鋼箱內(nèi)側(cè)的上翼板、腹板及底板在橫隔板位置設(shè)有兩鋼箱間橫隔板連接的接頭。其上翼板與橫隔板的上翼板為全熔透的對接焊縫焊接;腹板接頭與橫隔板為拼接板高強(qiáng)度螺栓栓接;底板與橫隔板的下翼板為拼接板高強(qiáng)度螺栓栓接(梁端不連接)。兩鋼箱間橫隔板連接示意見圖4。圖4中僅示出橫隔板的腹板連接，上翼板及底板連接見圖1。

圖4 兩鋼箱間連接示意(單位:mm)

(5)鋼箱腹板的內(nèi)側(cè)設(shè)有水平縱向加勁肋(上部)和豎向加勁肋?？v肋在梁段內(nèi)全長連續(xù)，豎肋在縱肋處斷開分上下兩段并與縱肋焊接。橫隔板在縱肋處開孔并與縱肋焊接。

(6)鋼箱的腹板與上翼板、底板間采用雙側(cè)貼腳焊縫連接;梁段的上翼板間采用全熔透的對接焊縫連接;橫隔板的上翼板與鋼箱的上翼板間采用全熔透的對接焊縫連接;水平縱肋與腹板間采用雙側(cè)貼腳焊縫連接;豎肋上端與上翼板間采用雙側(cè)貼腳焊縫連接，下端與底板磨光頂緊不焊(端支點處豎肋與底板磨光頂緊并雙側(cè)貼腳焊縫焊接)。

(7)每孔鋼箱梁的主體結(jié)構(gòu)由梁段(G1:正反各2個;G2:2個)、梁段間的拼接板、兩鋼箱間連接的橫隔板及其拼接板等組成。

(8)材料

①鋼材:鋼箱梁使用的鋼板采用Q345qD鋼，符合GB/T714—2008標(biāo)準(zhǔn)。

②高強(qiáng)度螺栓:10.9S高強(qiáng)度螺栓連接副，符合GB/T1228～1231—2006標(biāo)準(zhǔn)。

③剪力釘:符合GB/T10433—2002標(biāo)準(zhǔn)。

④混凝土道砟槽板采用C50混凝土。

(9)涂裝。鋼箱梁的內(nèi)外表面涂裝均采用《鐵路鋼橋保護(hù)涂裝》(TB/T1527—2004)[3]中的第6套涂裝體系。

2 鋼箱梁制造與安裝的總體工藝方案

迪阿段鐵路中鐵四局負(fù)責(zé)施工的180.7 km路段的27座橋上共設(shè)有鋼-混結(jié)合梁211孔(其中:31.5 m跨206孔，39.5 m跨5孔)，每座橋最多的布有32孔，最少的僅布有2孔。經(jīng)國外施工現(xiàn)場施工調(diào)查，綜合國內(nèi)外的施工現(xiàn)場條件、運(yùn)輸、經(jīng)濟(jì)(成本)、工期、管理等因素，提出211孔鋼-混結(jié)合梁制造與安裝的總體工藝方案。

(1)鋼箱梁按設(shè)計圖在國內(nèi)工廠加工制作成標(biāo)準(zhǔn)的鋼箱梁梁段、單元構(gòu)件，并按設(shè)計涂裝體系要求涂裝底漆、中間漆和一度面漆。

(2)國內(nèi)工廠制作完成的標(biāo)準(zhǔn)鋼箱梁梁段或單元構(gòu)件，經(jīng)海運(yùn)運(yùn)抵委內(nèi)瑞拉的卡貝略港，然后再通過汽車經(jīng)公路轉(zhuǎn)運(yùn)抵橋位。

(3)在橋位的總拼裝場地，將鋼箱梁梁段、單元構(gòu)件總拼裝成整孔(或單幅)鋼箱梁，并按設(shè)計涂裝體系要求涂裝第二度面漆。

(4)按架梁方案，逐孔將鋼箱梁吊裝架設(shè)到位。若采用單幅鋼箱梁吊裝時，將兩幅鋼箱梁分別吊裝就位后，再拼裝兩幅鋼箱梁間的連接橫隔板，將兩幅鋼箱梁拼裝成整孔。

(5)在鋼箱梁頂面現(xiàn)澆鋼筋混凝土道砟槽板。(6)安裝鋼-混結(jié)合梁的附屬設(shè)施。

3 鋼箱梁的制造

為使工廠制造的鋼箱梁滿足設(shè)計及現(xiàn)場安裝要求，在工廠制成的鋼箱梁梁段或單元構(gòu)件應(yīng)是標(biāo)準(zhǔn)、通用的，只要是相同編號的梁段或單元構(gòu)件可互換安裝于任何一孔梁上。為此，確保工廠制成的每個鋼箱梁梁段或單元構(gòu)件做到標(biāo)準(zhǔn)、通用性是鋼箱梁制造工藝的關(guān)鍵。

3.1 鋼箱梁制造前應(yīng)做的主要技術(shù)工藝準(zhǔn)備工作

(1)針對鋼箱梁結(jié)構(gòu)設(shè)計與制造的主要焊接接頭，進(jìn)行焊接工藝評定試驗，所有焊接接頭的強(qiáng)度、沖擊韌性均不低于基材標(biāo)準(zhǔn);

(2)編制《鋼箱梁制造規(guī)則》(工廠鋼箱梁制造的內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn));

(3)設(shè)計制作專用工藝裝備;

(4)編制鋼箱梁制造工藝。

3.2 鋼箱梁梁段零部件的加工、制作

3.2.1 零件下料、加工

(1)所有零件均采用數(shù)控切割機(jī)精密切割下料，長度、寬度方向按工藝預(yù)留刨(銑)邊加工量及焊接、熱矯正收縮量。

(2)主要零件(上翼板、腹板、底板、橫隔板)焰切下料的自由邊緣，均采用砂輪進(jìn)行雙側(cè)倒棱，倒棱半徑:1 mm≤R≤2 mm。

(3)所有零(部)件下料、焊接后的變形，采用機(jī)械冷矯或火焰加熱矯正。

(4)為保證梁段、構(gòu)件上的高強(qiáng)度螺栓栓孔位置及孔徑精度，所有高強(qiáng)度螺栓栓孔均采用鉆?？刂沏@孔。為提高效率，構(gòu)件上的栓孔采用先孔與后孔相結(jié)合的成孔工藝。

3.2.2 梁段腹板的制作

(1)梁段腹板長度、寬度采用整板。若39.5 m跨的腹板整板寬度不能保證時，可采用2塊板對接而成，對接接頭位置設(shè)置原則:①對接接頭位置應(yīng)設(shè)置在上部受壓區(qū);②應(yīng)與腹板上的栓孔中心錯開不小于50 mm;③應(yīng)與腹板上的水平加勁肋錯開不小于100 mm。

(2)梁段腹板下料，在長度、寬度方向預(yù)留起拱切割量及焊接、火焰熱矯變形收縮量。

(3)梁段的上拱度作在腹板上。梁段腹板起拱工藝要點:[8]

①將鋼箱梁的G1、G2、G1三大段腹板在地平上(每段接縫處留有20 mm的設(shè)計間隙)以全長及高度中心線為基準(zhǔn)對接成全長(即采用整孔腹板一起劃線起拱)。

②以腹板全長及高度中心線為基準(zhǔn)，按設(shè)計要求的起拱曲線坐標(biāo)值(并預(yù)加焊接、火焰熱矯變形量)，劃出起拱后的腹板上、下及兩端的邊緣切割線。長度方向每間隔2 m，確定一個腹板上、下邊緣線的點，將若干個點連線即為腹板上、下邊緣線(折線)。腹板劃線起拱示意見圖5。

圖5 腹板劃線起拱示意

③按起拱劃出的邊緣切割線，采用小車切割機(jī)精密切割腹板上、下及兩端邊緣，制成起拱后的G1、G2、G1三大段梁段腹板。

3.2.3 梁段上翼板的制作

(1)為節(jié)省材料，可將梁段上翼板在橫隔板處的加寬部分(即與橫隔板連接的接頭板，以下簡稱“接頭板”)與直段分別下料，再將接頭板與直段對接成梁段上翼板。

(2)接頭板(加寬部分)與直段接頭的加工、焊接及焊后處理示意見圖6。

圖6 上翼板接頭板示意(單位:mm)

①接頭板下料時，在對接邊的兩端應(yīng)按圖示加寬(20 mm)、加長(10 mm);

②接頭板與直段對接焊縫施焊后，將對接頭兩端加寬、加長部分按圖示圓弧劃線切割，并修磨與直段邊緣勻順;

③接頭板與直段對接焊縫施焊后，用砂帶將兩面的焊縫加強(qiáng)高全部磨平;

④接頭板與直段對接位置，應(yīng)考慮以下“(3)”的預(yù)留量，將上翼板全長預(yù)留量均分到橫隔板的間距中。

(3)梁段上翼板全長應(yīng)預(yù)留起拱伸長量及焊接、火焰熱矯變形收縮量。

3.2.4 梁段底板的制作

(1)梁段底板寬度方向在端支點及橫隔板處的加寬部分(即與橫隔板連接的接頭板，以下簡稱“接頭板”)，可單獨(dú)下料再與底板對接，以節(jié)省材料。

(2)接頭板(加寬部分)的加工及與底板焊接、焊后處理等，參照上翼板。

(3)梁段底板長度方向應(yīng)預(yù)留焊接、火焰熱矯變形收縮量。

3.2.5 橫隔板的制作

鋼箱梁的橫隔板有兩種，即:梁段箱內(nèi)的橫隔板和兩鋼箱間連接的橫隔板。梁段箱內(nèi)的橫隔板在工廠梁段制作時裝焊在梁段箱內(nèi);兩鋼箱間連接的橫隔板待橋位鋼箱梁總拼時安裝于兩鋼箱之間。

(1)橫隔板制作的關(guān)鍵與難點

橫隔板的板厚較薄，其上還要裝焊縱、橫向加勁肋，中部要開很大的人孔并裝焊加勁圈。為此，控制并減少焊接變形、保證橫隔板制作的平整度符合規(guī)范要求是橫隔板制作的關(guān)鍵，也是橫隔板制作工藝的最大難點。

(2)橫隔板制作工藝要點

①橫隔板下料時周邊預(yù)留二次切割量，待中部人孔加勁圈裝焊、并經(jīng)矯正焊接變形后，再以橫隔板的橫、豎中線為基準(zhǔn)，采用數(shù)控切割機(jī)二次精密切割橫隔板的周邊及缺口;

②要嚴(yán)格控制中部人孔加勁圈的制作與橫隔板人孔開孔的尺寸精度，以確保人孔加勁圈與橫隔板的組裝密貼;

③采用胎具控制人孔加勁圈與橫隔板的組裝、焊接，并采用合理的焊接工藝施焊，以控制、減少焊接變形;

④梁段箱內(nèi)的橫隔板上的縱、橫向加勁肋，待箱段組裝時再裝焊;

⑤兩鋼箱間連接的橫隔板上的栓孔，待其上下翼板組焊后再以橫隔板的橫、豎中線為基準(zhǔn)，在平臺上精確劃出橫隔板面及下翼板上的栓孔群中線(鉆模對向線);

⑥按已劃的栓孔群中線(鉆模對向線)，對線卡固鉆模鉆孔。

3.3 鋼箱梁梁段的制作

3.3.1 鋼箱梁梁段的制作工藝流程

(1)為便于施焊上翼板角焊縫并減少梁段制作過程中梁段的翻身(轉(zhuǎn))次數(shù)，先將上翼板與腹板組焊成單元件“A”;

(2)將底板、橫隔板、腹板(單元件“A”)等組焊成上開口的箱段;

(3)施焊腹板與底板的貼角焊縫;

(4)施焊橫隔板與底板、腹板的角焊縫，施焊橫隔板上翼板與箱段上翼板的對接焊縫;

(5)組焊腹板及橫隔板上的縱、橫加勁肋;

(6)梁段整體焊接變形的矯正;

(7)在平臺上精確劃出梁段腹板、底板上的栓孔群中線(鉆模對向線);

(8)對線卡固鉆模鉆孔;

(9)裝焊梁段頂平面的剪力釘。

3.3.2 梁段組裝工藝要點

(1)先將底板平鋪于帶上拱度的胎架上，并將底板與胎架卡牢;

(2)以底板縱橫中線為基準(zhǔn)，劃線組裝橫隔板;

(3)組裝內(nèi)外側(cè)的腹板(即:上翼板與腹板的單元件“A”);

(4)組裝腹板內(nèi)側(cè)的縱、橫加勁肋及橫隔板上的縱、橫加勁肋;

(5)待梁段鉆孔后，再裝焊上翼板頂面的剪力釘。

3.3.3 梁段焊接工藝要點

(1)梁段組裝完成后，梁段焊縫的施焊順序:①先施焊腹板與底板的貼角焊縫;②再施焊橫隔板與底板、腹板的角焊縫;③施焊腹板內(nèi)側(cè)縱、橫加勁肋的角焊縫;④施焊橫隔板縱、橫加勁肋的角焊縫;⑤最后施焊橫隔板上翼板與箱段上翼板的對接焊縫。

(2)應(yīng)將梁段支墊在胎架或平臺上施焊，以控制、減少焊接變形。

(3)所有焊縫均應(yīng)按焊接工藝規(guī)定的施焊順序、焊接工藝參數(shù)施焊。

3.3.4 梁段劃線、鉆孔

梁段整體施焊完成并經(jīng)矯正變形后，將其置于平臺上找正、調(diào)平。在平臺上劃出梁段的縱、橫向中線，再以梁段的縱、橫向中線為基準(zhǔn)，劃出腹板、底板上的栓孔群中線(鉆模對向線)。以梁段的栓孔群中線為基準(zhǔn)，對線卡固鉆模鉆孔。

3.4 鋼箱梁試拼裝

在工廠制作完成的鋼箱梁梁段、拼接板及橫隔板構(gòu)件等，按施工圖及試拼裝工藝進(jìn)行鋼箱梁整孔試拼裝，以驗證鋼箱梁的設(shè)計、制作工藝及制作質(zhì)量。試拼裝完成后，按文獻(xiàn)[2]的要求進(jìn)行檢查與驗收，每制作15孔鋼箱梁試拼裝1次。

3.5 防銹涂裝

制作完成的梁段、拼接板及橫隔板構(gòu)件，均采用人工噴丸除銹，噴丸除銹后的鋼表面清潔度等級達(dá)到GB8923的Sa2.5級(栓接面應(yīng)達(dá)Sa3.0級)。

經(jīng)噴丸除銹后的鋼表面，均應(yīng)按設(shè)計涂裝體系進(jìn)行涂裝。其中面漆在工廠僅涂1道，待橋位總拼裝后再涂第2道面漆。

4 鋼箱梁的安裝

4.1 鋼箱梁橋位總拼裝

鋼箱梁的梁段、拼接板、橫隔板等標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件運(yùn)抵橋位后，根據(jù)橋跨布置及橋位吊裝條件，按鋼箱梁總拼裝工藝在橋位預(yù)拼裝場進(jìn)行鋼箱梁總拼裝。當(dāng)橋下為陸地時，采用在橋位一側(cè)的預(yù)拼裝場將鋼箱梁拼裝成整孔吊裝;當(dāng)橋下為河流時，視河流寬度及河岸陸地吊裝條件，采用在橋頭的橋位一側(cè)的預(yù)拼裝場將鋼箱梁拼裝成整孔吊裝或拼裝成兩幅(片)鋼箱梁分2次吊裝。鋼箱梁總拼裝后，按涂裝工藝涂裝第2道面漆。

4.2 鋼箱梁橋位安裝

采用自行式汽車起重機(jī)將在橋下總拼裝成的整孔或一幅(片)鋼箱梁吊裝至橋墩支座上就位。若分幅(片)吊裝時，將兩幅(片)鋼箱梁先后吊裝至橋墩支座上就位，再安裝兩箱間的橫隔板。鋼箱梁吊裝就位后，在其頂面綁扎鋼筋、立模板、澆筑混凝土道砟槽板。

5 結(jié)語

委內(nèi)瑞拉北部平原迪阿鐵路的403孔鋼-混結(jié)合梁分布在全線幾十座橋梁上，其鋼箱梁全部采用國內(nèi)工廠制造(由幾個廠家分別制造)運(yùn)抵國外架設(shè)。在工廠按標(biāo)準(zhǔn)、通用性的工藝要求制作的鋼箱梁梁段及構(gòu)件，經(jīng)工廠試拼裝檢驗均達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)、互換的要求，為國外現(xiàn)場鋼箱梁的拼架提供了便利。本文所述的鋼箱梁制造與安裝工藝方案經(jīng)實施可行，可對同類型的鋼橋施工提供借鑒。

[1]中華人民共和國鐵道部.TB10002.2—2005 鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].北京:中國鐵道出版社，2005.

[2]中華人民共和國鐵道部.TB10212—2009 鐵路鋼橋制造規(guī)范[S].北京:中國鐵道出版社，2009.

[3]中華人民共和國鐵道部.TB/T1527—2004 鐵路鋼橋保護(hù)涂裝[S].北京:中國鐵道出版社，2005.

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[9]阮正潔，齊金朋.甬臺溫鐵路雁蕩山特大橋2×90 m疊合拱鋼橋施工技術(shù)[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，2010(3):57-62.