大型鋼管拱橋栓接式腹桿孔群精度控制工藝

1 工程概況

藏木雅魯藏布江特大橋全長525.1m，是川藏鐵路線拉林段的重要控制性工程，該項(xiàng)目位于藏木水電站上游1.2公里處，跨越雅魯藏布江大峽谷。該橋采用跨度430m的中承式鋼管混凝土拱橋，拱高112米。主拱圈由兩片“內(nèi)傾式”拱肋組成，傾角4.6091°，拱肋中心距由拱角處的25m過渡至拱頂處的7m。鋼梁總重約1.3萬噸。拱肋為鋼管混凝土桁架結(jié)構(gòu)，拱肋截面采用變截面，拱肋越高，截面高度隨之平緩降低，拱腳處最高13.2米，拱頂處為7.2米，總寬保持3米不變。拱肋截面均采用四肢桁式截面，即左右側(cè)拱肋截面均由四根鋼管混凝土截面組合而成。拱肋腹桿為H型或箱型桿件。拱肋鋼管上連接部位焊接節(jié)點(diǎn)板，拱肋腹桿與節(jié)點(diǎn)板采用對(duì)拼式栓接接頭連接，螺栓為M30的高強(qiáng)度螺栓。

2 結(jié)構(gòu)形式介紹及工作部署

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，上下弦拱肋間設(shè)置直、斜腹桿連接。拱肋上下弦鋼管上連接部位分別采用焊接方式連接節(jié)點(diǎn)板，拱肋腹桿與節(jié)點(diǎn)板利用拼接板采用對(duì)拼式栓接接頭連接（如圖1、圖2所示）。根據(jù)本橋地理位置及工程特點(diǎn)，擬定在林芝設(shè)立鋼結(jié)構(gòu)加工基地，主要負(fù)責(zé)弦管單元制造（含節(jié)點(diǎn)板拼裝）、拱肋腹桿制造和連接件制造。運(yùn)輸至加查總拼裝場地后，進(jìn)行腹桿及拼接點(diǎn)組裝，施擰高強(qiáng)螺栓，組拼成整體吊裝節(jié)段后出胎；將整體吊裝段翻身后裝船運(yùn)至橋位進(jìn)行架設(shè)。

圖1 腹桿設(shè)置及連接布置圖

圖2 腹桿連接剖視圖

3 加工制造難點(diǎn)分析

由于腹桿采用對(duì)拼式栓接，涉及匹配零件較多，且節(jié)點(diǎn)板安裝于曲線拱肋鋼管上，角度難以控制，并受兩地制造影響，板束孔群無法一次性匹配完成。為保證總拼現(xiàn)場板束孔群匹配精度，確?？兹哼^孔率滿足規(guī)范要求，對(duì)涉及零部件制孔工藝提出較高要求。分析拱橋結(jié)構(gòu)形式和特點(diǎn)，要實(shí)現(xiàn)其孔群精度要求，從在以下加工難點(diǎn)：①節(jié)點(diǎn)板包含兩組及以上孔群，且分別位于不同角度，節(jié)點(diǎn)板制孔時(shí)多組孔群相對(duì)位置的控制和節(jié)點(diǎn)板安裝時(shí)孔群角度及其與拱肋的相對(duì)位置的控制為工藝的關(guān)鍵；②腹桿連接上下弦拱肋節(jié)點(diǎn)板，且腹桿長度較長，其兩端孔群的精度控制須得到有效保證；③對(duì)拼式栓接結(jié)構(gòu)，拼接板覆蓋式連接節(jié)點(diǎn)板與腹桿孔群，且需考慮由于節(jié)點(diǎn)板及腹桿孔群位置偏差對(duì)拼接板孔群造成的影響。

4 加工過程中采取的工藝措施

針對(duì)以上加工難點(diǎn)，在孔群的鉆制過程中，采取了如下措施確保加工質(zhì)量。

4.1 節(jié)點(diǎn)板加工工藝

（1）節(jié)點(diǎn)板數(shù)控切割機(jī)精切下料，小車精切焊接邊坡口。

（2）對(duì)于長度≤4000的板件，采用數(shù)控鉆鉆孔。對(duì)于長度＞4000的板件，使用搖臂鉆床鉆孔，先在板件上劃出樣板對(duì)向線，采用小樣板對(duì)線卡固后鉆孔（如圖3所示）。

圖3 節(jié)點(diǎn)板制作示意圖

（3）弦管接長并回胎檢查后，以地胎上已放樣對(duì)向線為基準(zhǔn)，使用經(jīng)緯儀返節(jié)點(diǎn)板位置線如圖4所示（具體方法為：將與節(jié)點(diǎn)板連接腹桿中心線返至弦管表面）。

圖4 節(jié)點(diǎn)板返線示意圖

（4）制作啞鈴拼裝胎架，使待拼裝節(jié)點(diǎn)板位置朝上，平聯(lián)管焊接完成后，在節(jié)點(diǎn)部位弦管外表面上返出節(jié)點(diǎn)中心平面的位置線，以此為基準(zhǔn)組裝節(jié)點(diǎn)板，須保證節(jié)點(diǎn)板平面鉛垂。節(jié)點(diǎn)板長度方向的位置，以節(jié)點(diǎn)板上的定位線和弦管上的節(jié)點(diǎn)板定位線對(duì)應(yīng)來確定。節(jié)點(diǎn)板角度及其與弦管相對(duì)位置通過控制節(jié)點(diǎn)板孔群與弦管相對(duì)高差確定（如圖5、圖6所示）。

圖5 啞鈴拼裝胎架示意圖

（5）焊接節(jié)點(diǎn)板與拱肋弦管的焊縫，進(jìn)行焊縫檢測，矯正焊接變形。

4.2 腹桿加工工藝

圖6 節(jié)點(diǎn)板標(biāo)高控制

（1）蓋板、腹板采用數(shù)控切割機(jī)精切下料，長度方向預(yù)留焊接收縮量?？刂聘箺U兩端螺栓孔群及外延500mm范圍的腹板高度，允許偏差為h±0.5。

（2）在組裝胎架上進(jìn)行H形組裝。

（3）構(gòu)件焊接完成后在H形矯正機(jī)矯正蘑菇變形，火焰矯正彎曲、扭曲變形和局部不平度。

（4）構(gòu)件的幾何精度經(jīng)檢測合格后，在專用劃線平臺(tái)上，劃出鉆孔模具的對(duì)向位置線。平臺(tái)上布置縱、橫向基準(zhǔn)線（如圖7所示）。

圖7 腹桿平臺(tái)劃線示意圖

（5）采用卡高精度樣板搖臂鉆鉆孔，需要精密對(duì)鉆孔模具對(duì)向線，同時(shí)桿件的支撐必須水平穩(wěn)固，以確保制孔精度。制孔后對(duì)孔群精度進(jìn)行檢查。

4.3 拼接板加工工藝

（1）上弦拼接板：拱肋腹桿上端的拼接板，采用先孔法工藝，廠內(nèi)完成全部數(shù)量螺栓孔的鉆制，采用數(shù)控平面鉆鉆制。

（2）下弦拼接板：拱肋腹桿下端拼接板，下料時(shí)尺寸須加大，長度方向（沿桿件軸線方向）加大15mm，寬度方向（垂直于桿件軸線方向）下料尺寸允許偏差為+1～+2mm。廠內(nèi)僅鉆制一半數(shù)量的螺栓孔（拼接縫一側(cè)），采用數(shù)控平面鉆鉆制。另外一半螺栓孔后期配鉆（在總拼場或橋位進(jìn)行），采用搖臂鉆床配合覆蓋式樣板鉆制。

5 工藝措施的效果及結(jié)論

在拉林鐵路藏木特大橋加工制造過程中，通過嚴(yán)格落實(shí)工藝措施，加強(qiáng)質(zhì)量監(jiān)管，所有桿件均實(shí)現(xiàn)一次了一次報(bào)驗(yàn)合格100%。目前已完成前三吊裝段（共12節(jié)梁段）的總拼及架設(shè)，各項(xiàng)檢測數(shù)據(jù)均在設(shè)計(jì)允許范圍內(nèi)。該橋梁加工工藝措施和工藝流程合理，確保產(chǎn)品加工質(zhì)量，并可在后期類似結(jié)構(gòu)的加工制造奠定基礎(chǔ)。

［1］Q/CR 9211—2015 鐵路鋼橋制造規(guī)范［S］.

［2］GB 50923—2013 鋼管混凝土拱橋技術(shù)規(guī)范［S］.

［3］GB 50205-2001 鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范［S］.