淺議復(fù)雜地形條件下鋼箱梁現(xiàn)場吊裝與焊接技術(shù)

閆生平

【摘要】結(jié)合昆明市福海立交橋鋼箱梁現(xiàn)場吊裝與焊接工程施工，通過在復(fù)雜地形條件下，采用開發(fā)模擬鋼箱梁設(shè)計(jì)線型、準(zhǔn)確下料及拋高量計(jì)算的軟件，把仰焊變?yōu)槠胶?、箱外焊變?yōu)橄鋬?nèi)焊的焊接技術(shù)及500t履帶吊現(xiàn)場吊裝250t鋼箱梁的關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)既有線施工配套設(shè)備和工裝技術(shù)再創(chuàng)新應(yīng)用，采用人工防靜電隧道，在工程實(shí)踐中完善跨越公路、鐵路的施工工藝，具有廣泛的推廣價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】鋼箱梁 軟件 吊裝 焊接 既有線 人工防靜電隧道

1工程概況

昆明市主城二環(huán)快速系統(tǒng)改擴(kuò)建工程福海立交，包括成昆鐵路橋改造工程（新建4-13m框架橋），新建三座匝道橋（FH1匝道610m，F(xiàn)H2匝道1470m，F(xiàn)H3匝道382.88m），滬昆鐵路臨時(shí)便線工程，福海立交改擴(kuò)建工程范圍內(nèi)氣象路、南二環(huán)地面道路工程。三個(gè)匝道三次跨越滬昆鐵路，一次同時(shí)跨越滬昆鐵路和南過境高架橋，跨越部分均采用帶曲線的簡支鋼結(jié)構(gòu)連續(xù)梁，共計(jì)4聯(lián)，最大跨度127米，最小曲線半徑65米，跨越最大高度18米，鋼箱梁總重量2800T，箱梁結(jié)構(gòu)型式為單箱三室，廠內(nèi)分節(jié)段制作，現(xiàn)場拼裝焊接。

2主要關(guān)鍵技術(shù)

2.1鋼箱梁焊接技術(shù)

在國內(nèi)首次采用曲線半徑65米單跨47米的鋼結(jié)構(gòu)連續(xù)梁技術(shù)。通過施工工藝的改進(jìn)，在焊接方式上把仰焊變?yōu)槠胶浮⑾渫夂缸優(yōu)橄鋬?nèi)涵的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)焊接質(zhì)量一次合格率提高到99%以上。

2.2鋼箱梁放樣、下料和拋高量計(jì)算技術(shù)

開發(fā)出模擬鋼箱梁設(shè)計(jì)線型、準(zhǔn)確下料及拋高量計(jì)算的CRGG-1和CRGG-2軟件，實(shí)現(xiàn)電算放樣代替人工放樣，提高放樣、下料和拋高量計(jì)算的準(zhǔn)確率。

2.3鋼箱梁吊裝工藝技術(shù)

同時(shí)跨越鐵路、公路時(shí)，并受現(xiàn)場特殊條件的限制，在國內(nèi)首次采用500t履帶吊現(xiàn)場吊裝250t鋼箱梁的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)鋼箱梁準(zhǔn)確、安全的吊裝。

3關(guān)鍵技術(shù)

3.1鋼箱梁制作技術(shù)

（1）鋼箱梁分節(jié)制作、運(yùn)輸、焊接的制約因素：1）分節(jié)時(shí)每塊鋼梁不得小于12米，吊裝的最大安全重量為250噸；2）沿途運(yùn)輸路況復(fù)雜，運(yùn)輸寬度不宜大于8米，最長不超過15米；3）制作過程中，為了減少焊接應(yīng)力過度集中，頂、底板與腹板之間的焊縫與頂、底板對(duì)接焊縫距離不小于250mm。

鋼箱梁段體積龐大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，焊縫較多，為控制箱體結(jié)構(gòu)焊接變形，保證產(chǎn)品整體質(zhì)量，箱梁制造采用“板→板塊單元→板單元→梁段→預(yù)拼裝→橋位焊接”方式生產(chǎn)。

（2）由于工程所處地理位置需要，梁段由工廠至橋址只能采用公路運(yùn)輸，因此限制運(yùn)輸寬度在8米以內(nèi)且質(zhì)量不超過60t，加之鋼箱梁安裝架設(shè)時(shí)不阻斷交通的要求，鋼箱梁制作時(shí)要在設(shè)計(jì)分段的基礎(chǔ)上進(jìn)一步劃分，采用先橫向再縱向的分段方案。

3.2鋼箱梁焊接技術(shù)

3.2.1鋼箱梁廠內(nèi)仰焊變平焊技術(shù)

廠內(nèi)焊接時(shí)，將制作反胎架線型與頂板翻身的線形一致，將頂板定位在反胎上，再將腹板隔板依次定位、施焊，最后將反胎上的箱體整體翻身扣在胎架上定位好的底板上，板材翻轉(zhuǎn)進(jìn)行焊接，焊接完成后再翻轉(zhuǎn)過來進(jìn)行拼裝平焊。

3.2.2鋼箱梁現(xiàn)場拼裝箱外焊變箱內(nèi)焊技術(shù)

鋼箱梁現(xiàn)場拼裝焊接為全焊透對(duì)接焊，腹板、底板對(duì)接焊均采用箱內(nèi)焊接、箱外貼陶質(zhì)墊片的方法，即單面焊接雙面成形。沿著整個(gè)鋼箱梁的焊縫外側(cè)一圈，貼上高晶硅陶瓷襯墊，采用自動(dòng)單面焊雙面成型工藝，將所有的仰焊、箱外焊全部取消，操作人員只在橋面上和鋼箱內(nèi)部進(jìn)行作業(yè)。

3.3鋼箱梁放樣、下料和拋高量計(jì)算技術(shù)

由于鋼箱梁空間線形復(fù)雜，具有彎、坡、斜、扭的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，因此必須在確定制作工藝方案、鋼板提料、下料、單元構(gòu)件制作和梁段總拼等工作之前的技術(shù)準(zhǔn)備中，對(duì)其空間線形進(jìn)行詳細(xì)的施工放樣。

3.3.1鋼箱梁模型建立

橋梁曲線線型是最終通車后具有承載汽車荷載的橋型。對(duì)不同的工況，曲線線型不同，并且曲線線型不是一個(gè)簡單的二次拋物線或者是圓曲線，而是根據(jù)不同縱、橫向坡度形成的不規(guī)則曲線，以腹板、橫隔板作為依據(jù)，在CAD、takla3.0上建立三維立體模型后，根據(jù)自行開發(fā)的CRGG-1軟件，輸入不同受力情況下箱梁的曲線線型變化，最后模擬出，當(dāng)每個(gè)節(jié)段預(yù)留出多少拋高量時(shí)，通車后的曲線最逼近設(shè)計(jì)曲線的線型，并且一次生成胎膜模型，將問題通過軟件得以解決。

3.3.2鋼箱梁下料

在CAD上建立的模型上任意取出一個(gè)節(jié)段，并將這個(gè)節(jié)段的八個(gè)坐標(biāo)控制點(diǎn)和橋型的不同超高量、坡度、縱橫向排水坡的參數(shù)，輸入CRGG-2軟件，先分析出這個(gè)節(jié)段的橋的曲線形狀，然后根據(jù)所購買的板材的尺寸進(jìn)行再一次細(xì)化和分割拼板的數(shù)據(jù)，輸入軟件，調(diào)整幾次后達(dá)到最合理的一種拼接方式，最后按表格形式自動(dòng)輸出具體的下料尺寸，在立體圖上標(biāo)識(shí)出每一個(gè)下料塊的具體位置。

3.4鋼箱梁現(xiàn)場吊裝技術(shù)

3.4.1施工現(xiàn)場概述

難度最大的FH2匝道上有2聯(lián)連續(xù)鋼箱梁，橋跨布置為37m+45m+37m（定為2號(hào)橋，為連續(xù)鋼箱梁）、53.129m（定為3號(hào)橋，為簡支鋼箱梁）。FH2匝道自既有福海立交北側(cè)南二環(huán)高架引出后，以R=95m的半徑由西轉(zhuǎn)向北，上跨既有滬昆鐵路（相應(yīng)滬昆鐵路里程DK2640+620），上跨鐵路采用53.129m鋼箱梁，然后匝道轉(zhuǎn)向南，并與船房道口東側(cè)位置再次上跨滬昆鐵路（相應(yīng)滬昆鐵路里程DK2640+880），上跨鐵路及南二環(huán)采用37+45+37連續(xù)鋼箱梁，然后轉(zhuǎn)向東，于既有南二環(huán)高架南側(cè)西向東下匝道落地前終止，匝道橋全長845m，寬度9m，共有一個(gè)橋臺(tái)，37個(gè)橋墩柱。

連續(xù)鋼箱梁起始樁號(hào)為：24#，經(jīng)過25#、26#，終止于27#，由24號(hào)至25號(hào)墩上跨鐵路，25號(hào)墩至26墩上跨南過境高架。鐵路軌頂標(biāo)高：1889.68（37+45+37米）；跨鐵路橋頂設(shè)計(jì)標(biāo)高最低為：1907.405，由1907.405-3.2-1889.68=14.525得鋼梁離軌頂高度為：14.525米，總跨越鐵路長度為14.8米。跨越鐵路支架搭設(shè)要求為：（1）最低凈空高度：9.0米；（2）最小凈空寬度：10米。

FH2匝道第一次跨越滬昆鐵路，采取三節(jié)段整體吊裝，總重250t，長度為47.1m，在現(xiàn)場拼裝焊接后，一次吊裝到位。

3.4.2設(shè)備選型

吊裝設(shè)備具體技術(shù)參數(shù)為：履帶觸地面積為12.5m×1.25m，最大起重重量為500t，機(jī)身配重0—400t，在吊裝負(fù)載的情況下，可前后自行移動(dòng)，整機(jī)可在履帶間的連接軸上進(jìn)行5°以內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)，臂長可在現(xiàn)場進(jìn)行連接伸縮，最大長度可達(dá)60m，全部采用2.5m的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)進(jìn)行連接成型，前后臂之間通過鋼絲繩的作用使吊臂起落，在垂直面上調(diào)整起吊高度。全機(jī)采用全智能電腦操控。

3.4.3吊裝場地準(zhǔn)備

（1）對(duì)500t履帶吊車吊機(jī)位置處、吊車行走路面地基處理要求：1）地基的最小處理范圍分別為12米×12米。2）地面承載能力不小于30t/m2，在吊裝和行走時(shí)必須鋪設(shè)路基板。3）吊車履帶路基板所壓及范圍內(nèi)地面結(jié)實(shí)平整，不應(yīng)有局部地面凹凸現(xiàn)象存在，以保證履帶吊車路基板均勻受力，確保安全。4）當(dāng)500t履帶吊空載，設(shè)備走行時(shí)地面允許有±1°的傾斜度，當(dāng)?shù)鯔C(jī)負(fù)載設(shè)備行走時(shí)地面允許有±0.5°的傾斜度，地面過渡必須自然，不得有梯度。

（2）履帶吊車的組車、組桿場地要求。

500t履帶吊車組桿方向上自吊車回轉(zhuǎn)中心起20米范圍內(nèi)要求無障礙物，地面結(jié)實(shí)平整，滿足吊車組桿時(shí)中小型配合吊車的行走和作業(yè)條件。500t吊車超級(jí)配重15.5米回轉(zhuǎn)半徑范圍內(nèi)不得有設(shè)備基礎(chǔ)、建筑物等障礙物。

3.4.4人工防靜電隧道搭設(shè)

人工隧道支架的主要功能是阻止鋼箱梁上方的施工墜物，同時(shí)為部分施工人員提供操作平臺(tái)，人工隧道支架搭設(shè)方式是在鐵路兩邊搭設(shè)3排腳手架，中間用I20的工字鋼平鋪，工字鋼長度13米，鋪設(shè)間距1米，工字鋼上邊用50mm木板滿鋪，并在需焊接地方鋪設(shè)4mm厚石棉墊，防止焊渣墜落、著火，下面掛設(shè)防電板，對(duì)接觸網(wǎng)進(jìn)行全面保護(hù)。

3.4.52號(hào)橋吊裝方案

根據(jù)現(xiàn)場條件，將箱梁分成了11段吊裝（11.5+14+6.5+10+10.47+14+10.4+10+6.5+14+11.5m），如附圖所示。決定采用兩種不同吊裝機(jī)具完成此次吊裝工作，即：鋼箱梁各節(jié)段采用500t履帶吊車進(jìn)行節(jié)段的吊裝。

3.4.6吊裝順序

總體吊裝順序?yàn)椋?+2+3段→4+5段→6+7+8段→9+10+11段。

3.4.7施工支架設(shè)計(jì)

3.4.8吊裝過程

鋼箱梁現(xiàn)場整體吊裝

3.4.9正式吊裝

在現(xiàn)場做完地質(zhì)勘察后，對(duì)地基進(jìn)行相應(yīng)的處理滿足起吊條件FH2匝道的第一次跨越滬昆鐵路，采取三節(jié)段整體吊裝，總重250t，長度為47.1m，履帶機(jī)首先在現(xiàn)場進(jìn)行拼裝，然后進(jìn)行起臂，依靠自身的旋轉(zhuǎn)，基本對(duì)準(zhǔn)所掉節(jié)段鋼箱梁的中心線位置，再將吊鉤放下，把鋼繩固定在鋼箱梁的各個(gè)吊點(diǎn)上，這時(shí)吊鉤的中心線與鋼箱梁的重心基本在同一位置，然后試起吊，試驗(yàn)鋼箱梁是否處于平衡且底面是否基本處于水平狀態(tài)，再進(jìn)行調(diào)整。

試吊完畢后，正式起吊，調(diào)整吊臂的角度與吊繩的高度，使箱梁底部高出吊裝位置2.0m，吊機(jī)向前行走基本到位后放下鋼繩，將箱梁放至距支架0.5m左右。箱梁兩端操作平臺(tái)上的人員將箱梁初步固定，沒有大的擺動(dòng)。

3.4.10落梁就位

對(duì)位人員認(rèn)真核對(duì)箱梁的軸線，并且與吊機(jī)司機(jī)保持通信。吊機(jī)司機(jī)根據(jù)對(duì)位人員發(fā)出的信號(hào)，通過前后移動(dòng)吊機(jī)，微微旋轉(zhuǎn)吊臂，起放吊繩等動(dòng)作，使箱梁對(duì)位精確度控制在50mm的誤差以內(nèi)。再放下吊繩，使箱梁底部與支架支座最小一個(gè)點(diǎn)的位置相距30mm時(shí)，再一次調(diào)整吊機(jī)，使箱梁位置的精確度控制在30mm以內(nèi)。此時(shí)才放下箱梁。如果誤差大于15mm，則需對(duì)起鉤重新調(diào)整，直至所有誤差最大不超過15mm。方可完全落鉤，落鉤后根據(jù)誤差，采用千斤頂和人工配合將箱梁進(jìn)行調(diào)整。使誤差最大不超過5mm，方可進(jìn)行最終固定并實(shí)施焊接。

分段吊裝落位時(shí)，應(yīng)盡量對(duì)齊中心線及前后位置坐標(biāo)。使用螺旋扣及千斤頂調(diào)整分段的前后位置、高程坐標(biāo)、使之與設(shè)計(jì)坐標(biāo)相符，合攏口間隙應(yīng)符合規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。將上述調(diào)整好的分段施定位焊或定位碼固定，施定位碼前要調(diào)整對(duì)接口，使之平齊，不能錯(cuò)位，安裝引弧試板。上述工作完成后，進(jìn)行裝配報(bào)檢，合格后方可進(jìn)行下道工序。

4結(jié)語

本工程所處位置為既有滬昆鐵路和南二環(huán)過境道路之間，場地十分狹窄，交通非常繁忙，施工干擾因素相當(dāng)多。施工期間，未發(fā)生一起人身、施工安全事故。鋼結(jié)構(gòu)連續(xù)梁同時(shí)跨越滬昆鐵路和既有南二環(huán)過境高架橋，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制作加工、架設(shè)難度大，其技術(shù)水平處于國內(nèi)領(lǐng)先地位。本工程的成功實(shí)施為以后在復(fù)雜環(huán)境下改擴(kuò)建工程施工積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。

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