楊泗港長江大橋1號主塔鋼沉井制造安裝技術(shù)

嚴俊安

摘 要：武漢楊泗港長江大橋主橋為1700m的單跨懸吊鋼桁梁懸索橋，其1#主塔基礎(chǔ)采用矩形帶圓倒角陸地沉井，底節(jié)鋼沉井總重約1365t，采取分節(jié)段現(xiàn)場長線法預制，大型履帶吊吊裝、運輸及安裝。實踐證明，鋼沉井現(xiàn)場制造及安裝技術(shù)能極大的降低超大超重結(jié)構(gòu)陸地運輸?shù)陌踩L險，保證鋼沉井的整體安裝質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：懸索橋；陸地鋼沉井；現(xiàn)場制造；安裝

1 工程概況

武漢楊泗港長江大橋全長約4.5公里，主橋采用懸吊跨度為465m+1700m+465m的懸索橋。漢陽側(cè)主墩1#塔設(shè)計為陸地沉井基礎(chǔ)，沉井頂面標高+23m，刃腳標高-15m，總高38m，其中底節(jié)8m為鋼殼混凝土沉井，其余30m為鋼筋混凝土沉井。底節(jié)鋼沉井平面尺寸為40×77.2m，內(nèi)設(shè)18個小井孔，小井孔尺寸為11.2×11.2m。沉井平面為矩形結(jié)構(gòu)，四角設(shè)半徑12.9m的圓倒角，總重量約1365t。鋼沉井在平面上分為24個節(jié)段，見圖1。

圖1 鋼沉井分節(jié)段劃分平面示意圖

2 鋼沉井制造、安裝總體方案

鋼沉井采取所有加勁水平環(huán)在工廠內(nèi)進行數(shù)控下料，汽車運至現(xiàn)場使用，其余均在現(xiàn)場進行下料和組焊。鋼沉井四周井壁節(jié)段采用長線法半邊整體上胎架進行臥式預制總裝，中間十字隔墻節(jié)段采用短線法立式預制與現(xiàn)場原位拼裝相結(jié)合進行總裝。臥式拼裝節(jié)段在胎架上總裝完畢后，采用大型履帶吊機吊離胎架并轉(zhuǎn)運至空閑區(qū)域進行空中翻轉(zhuǎn)豎立，最后再吊運至指定位置進行精確定位安裝。

3 鋼沉井現(xiàn)場制造

3.1工藝流程

鋼沉井制造工藝流程見圖2。

圖2 鋼沉井制造工藝流程

3.2 節(jié)段制作

3.2.1 放樣、下料及單元件制作

3.2.1.1 放樣、下料

采用計算機三維放樣技術(shù)，繪制各構(gòu)件零件詳圖，作為繪制下料套料圖及數(shù)控編程的依據(jù)。用計算機輔助設(shè)計，建立三維模型，對鋼沉井各構(gòu)件進行準確放樣。

根據(jù)制作工藝原則，通過模型采樣拆解成單元，再將單元進一步拆解成零件。經(jīng)計算機數(shù)學放樣處理，獲得零件下料的精確理論尺寸，再根據(jù)接頭加工要求和焊接收縮量確定下料加工的工藝尺寸：下料工藝尺寸=理論尺寸+焊接收縮量+加工余量。

鋼沉井的所有水平加勁環(huán)及板類加勁板均在工廠內(nèi)采用等離子切割下料，角鋼及壁板鋼板在現(xiàn)場采用火焰切割下料。鋼板及大型零件的起吊轉(zhuǎn)運采用磁力吊具，扁鋼采用專用吊具起吊，保證鋼板及零件的平整度。

3.2.1.2 單元件制造

單元件制造時寬度每邊留10mm加工量，長度留20mm余量。拼裝定位板肋后上胎模，焊接（氣體保護焊）板肋，焊接完成后測量鋼板的寬度余量，并加工待焊坡口，火焰調(diào)正平面度。面板與板肋間焊縫采用CO2氣體保護焊，由中間肋往兩邊肋，由一頭向另一頭進行焊接。對于單個板肋焊接時，最好兩側(cè)焊縫同時施焊。

3.2.2 鋼沉井井壁節(jié)段制作

鋼沉井井壁節(jié)段的制作以井壁外壁板為建造基面，采用框架式建造法制作，即以內(nèi)外壁板之間的水平加勁環(huán)為弦桿，以水平環(huán)連接角鋼為腹桿組成片狀桁架，以沉井外壁板為建造基面，將桁架片立于其上形成框架，在框架上安裝內(nèi)壁板、刃角底板及踏面，從而形成井壁節(jié)段。

3.2.2.1 胎架準備

鋼沉井井壁節(jié)段制造和預拼裝均在總裝胎架上完成，沉井長邊A2→A3a→A3→A3a→A1五節(jié)段組拼胎架一個，胎架長72m×寬8m；沉井短邊A1、A2兩節(jié)段組拼胎架一個，胎架長35m×寬8m；沉井隔倉直線段組拼胎架一個，胎架長30m×寬6m，可同時進行4個直線段的拼裝。

胎架現(xiàn)場制作安裝完畢，經(jīng)檢查驗收合格后正式投入使用。

3.2.2.2 桁架片制作

（1）在平整地面上劃出節(jié)段各桁架片地樣，包含節(jié)段隔倉中心線、桁架輪廓線及構(gòu)件位置線等，安放構(gòu)件并完成焊接。A1節(jié)段桁架片制作示意圖見圖3。

（2）在桁架片上劃出節(jié)段隔倉中心線。

（3）桁架片翻身，安裝其余構(gòu)件，焊接后火工矯正并交付檢驗。

3.2.2.3 節(jié)段組拼

節(jié)段組拼以沉井外壁板為基面，在胎架上臥式拼裝。井壁節(jié)段組拼步驟示意圖見圖4。

（1）胎架驗收合格后，在胎架上攤板拼焊外井壁板，火工矯正后在外壁板上劃出桁架位置線、隔倉中心線等，安裝外壁板加勁角鋼，。

（2）吊裝各道桁架片，注意將桁架片對準安裝位置線，不允許出現(xiàn)偏差。

（3）安裝內(nèi)井壁豎向加勁角鋼、內(nèi)壁板，倒角壁板加勁角鋼、倒角壁板，刃角底板加勁角鋼、刃角底板，踏面及其他連接構(gòu)件。

（4）吊裝隔倉直線段，嚴格控制直線段的垂度，全部裝配檢驗合格后交付焊接。

3.2.3 十字隔倉節(jié)段制作

鋼沉井十字隔倉節(jié)段制作以隔倉底板為建造基面，同樣采用框架式建造法制作，即以隔倉倒角壁板加勁水平環(huán)為弦桿，以水平環(huán)連接角鋼為腹桿組成片狀桁架，以隔倉底板為建造基面，將桁架通過連接桿件水平固定形成框架，在框架周圍安裝倒角壁板和工程直線段，從而形成十字隔倉節(jié)段。下面以A4節(jié)段為例介紹其制作技術(shù)。

3.2.3.1 胎架準備

鋼沉井十字隔倉節(jié)段組拼在立式拼裝胎架上完成。共設(shè)置拼裝胎架3套，由鋼板定位焊接而成。

3.2.3.2 桁架片及直線標準段制作

桁架片及直線標準段制作步驟與井壁節(jié)段桁架片制作步驟基本相同，桁架片在平整地面劃出地樣拼裝，直線標準段在隔倉直線段拼裝胎架上進行臥式拼裝。十字隔倉節(jié)段桁架片及直線標準段制作示意圖見圖5。

3.2.3.3 節(jié)段組拼

十字隔倉節(jié)段組拼以隔倉十字交叉區(qū)域底板為基面，在胎架上立式拼裝。十字隔倉節(jié)段立式組拼步驟示意圖見圖6。

（1）胎架檢驗合格后，在胎架上安裝隔倉十字區(qū)域底板，注意輪廓線與胎架上隔倉中心線對正；安裝直線標準段，使用鉛垂與隔倉中心線對齊。

（2）安裝倒角壁板水平加勁環(huán)，注意與直線標準段水平加勁環(huán)的連接。每層水平環(huán)安裝完成后安裝當前層的桁架片及連接桿件。重復此步驟直至十字隔倉節(jié)段頂層。

（3）安裝倒角壁板豎向加勁角鋼、倒角壁板及其他連接構(gòu)件，經(jīng)檢驗合格后交付焊接。

4 鋼沉井安裝

鋼沉井節(jié)段焊接完成，經(jīng)檢驗合格后，采用280t履帶吊機進行節(jié)段下胎架施工和吊運、安裝施工，采用100t履帶吊機配合進行鋼沉井井壁節(jié)段翻轉(zhuǎn)作業(yè)。

4.1 節(jié)段吊裝

4.1.1 井壁節(jié)段下胎架及翻身

采用280噸履帶吊將節(jié)段吊裝到空曠位置，將鋼絲繩與翻身及下胎架吊耳固定，利用100t履帶吊配合，兩臺吊機同時緩慢提升大臂，使節(jié)段抬高離地0.5m以上，待節(jié)段平穩(wěn)后，主吊機逐漸起鉤，使節(jié)段逐漸傾斜，同時調(diào)整履帶吊幅度，防止在翻身到位時節(jié)段向吊機側(cè)移動。鋼沉井井壁節(jié)段翻身過程示意圖見圖7。

4.2 總裝組拼

鋼沉井總裝組拼在1#塔沉井基礎(chǔ)位置原位進行。

4.2.1 總裝順序

鋼沉井吊裝總體劃分為三個階段：第一階段完成2×A1、2×A2、1×A3、3×A3a、1×A4共8個塊段的吊裝；第二階段完成1×A1、1×A2、1×A3、1×A3a、1×A4共5個塊段的吊裝，同時完成2×A4、2×A4a共4個塊段的現(xiàn)場組裝；第三階段完成剩余1×A1、1×A2、1×A4b、2×A5、1×A5a共6個塊段的吊裝，具體吊裝順序見圖8。

圖8 鋼沉井吊裝順序圖

4.2.2 節(jié)段微調(diào)

在吊裝首個節(jié)段的過程中鋼沉井節(jié)段兩側(cè)均要拉溜繩，在吊裝過程中要將其吊平，為沉井的落位提供保證。在節(jié)段到達測量控制點時，吊機緩慢落鉤，兩側(cè)拉緊溜繩，將節(jié)段平穩(wěn)地安放在設(shè)計位置的墊塊上。

十字隔墻節(jié)段及合攏段安裝時，在已完成拼裝焊接的相鄰節(jié)段上焊接鋼板支撐，作為千斤頂和倒鏈微調(diào)時的固定端。當節(jié)段靠近預先投射的測量控制點時，兩端拉緊溜繩，保證節(jié)段平穩(wěn)，吊機緩慢落鉤。安放到位后，利用導鏈及千斤頂對吊裝節(jié)段進行微調(diào)就位。

5 節(jié)段制造與組拼質(zhì)量控制措施

5.1 設(shè)計措施

（1）鋼沉井各節(jié)段加勁水平環(huán)與壁板間在總裝組拼接縫兩側(cè)預留200mm不予焊接，這是裝配“自由邊”，方便總裝時調(diào)整水平環(huán)接頭兩側(cè)高差。

（2）沉井鋼混結(jié)構(gòu)結(jié)合處外井壁水平環(huán)進行鉆孔處理，混凝土沉井施工時穿插鋼筋后澆筑混凝土，能可靠保證鋼混結(jié)合質(zhì)量。

5.2 施工措施

（1）在節(jié)段拼裝胎架上，精確劃出桁架片定位基準線和隔倉中心線，能精確控制桁架片安裝精度。

（2）節(jié)段接頭處預留工藝余量，在與下一個節(jié)段組拼時根據(jù)實際情況切割余量，保證鋼沉井外形尺寸及外壁板垂直度的精確性。

（3）鋼沉井井壁四周A1、A2、A3類節(jié)段均在胎架上采取長線法進行制作，制作過程中能實現(xiàn)了結(jié)構(gòu)尺寸復雜節(jié)段之間的相鄰節(jié)段預拼工作，現(xiàn)場組拼時按接頭標記點進行復原調(diào)整對位即可。

（4）嵌檔吊裝：嵌檔吊裝是指沉井十字節(jié)段的吊裝。沉井十字隔倉A4、A5類節(jié)段在預制過程中，通過精確測量對應的井壁四周A1、A2、A3類節(jié)段對接接頭尺寸，對該類節(jié)段幾何尺寸進行放地標嚴格控制，以達到現(xiàn)場組拼各節(jié)段之間的匹配性。

（5）合攏段吊裝，除采取嵌檔吊裝的方式外，我們選擇在夜間溫度最低時進行吊裝，并在該節(jié)段制作時預留切割余量，以解決總裝合攏區(qū)域誤差積累較大的問題。

（6）焊縫質(zhì)量保證措施：鋼沉井焊接嚴格按照工藝評定試驗方案相關(guān)要求執(zhí)行，做到焊工持證上崗，焊材復檢合格，焊接過程規(guī)范，焊縫檢測結(jié)果滿足設(shè)計要求。

6 結(jié)語

武漢楊泗港長江大橋1#塔鋼沉井于2015年5月14日完成總拼焊接、焊縫檢測合格。其幾何尺寸長度偏差-13mm，寬度偏差9mm；中心偏位順橋向4mm，橫橋向3mm；焊縫超聲波檢測一次合格率為97.7%（返修后全部合格），角焊縫磁粉探傷合格率100%，檢測結(jié)果全部合格。鋼沉井采用現(xiàn)場拼裝和焊接、總裝的技術(shù)，極大地降低了超大超重節(jié)段在陸地運輸?shù)陌踩L險，減少節(jié)段轉(zhuǎn)運時間，同時鋼沉井的整體安裝質(zhì)量也能得到可靠保證。

參考文獻

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