馬來西亞登嘉樓開啟橋精密安裝控制技術(shù)*

吳慶超，吳 昊，潘孝金，徐 昌，陳 萬

(中國華西企業(yè)有限公司，廣東 深圳 518034)

1 工程概況

馬來西亞登嘉樓開啟橋位于馬來西亞瓜拉登嘉樓市中心入?？冢瑸橐蛔p葉立轉(zhuǎn)式開啟橋，橋?qū)?3m，轉(zhuǎn)動半徑33.5m，跨徑67m，開啟角度75°，雙葉懸臂橋體通過液壓油缸頂升橋體鋼結(jié)構(gòu)主縱梁實(shí)現(xiàn)開啟，設(shè)計在33m/s以下風(fēng)速進(jìn)行單葉或雙葉開啟，開啟速度快速120s、慢速240s。主橋主要包括主橋結(jié)構(gòu)、機(jī)械部分、軸承座支撐框架、主墩箱室及附屬結(jié)構(gòu)。

主橋結(jié)構(gòu)主要由3道主縱梁、6道主橫梁、后配重箱、縱橫次梁和輕質(zhì)混凝土組合橋面板組成，機(jī)械部分主要包括軸承座、前支撐、液壓油缸及中部鎖定裝置，軸承座支撐框架主要包括與混凝土連接的框架柱、與軸承座連接的支座橫梁，主墩箱室主要包括承臺底板、引橋橋墩、3層地下室、主橋基礎(chǔ)，附屬結(jié)構(gòu)主要包括橋面伸縮縫、走廊、護(hù)欄等(見圖1)。

圖1 開啟橋主體結(jié)構(gòu)構(gòu)造示意

2 開啟橋安裝精度要求

開啟橋是精密機(jī)械系統(tǒng)與鋼結(jié)構(gòu)的結(jié)合，加工和安裝精度直接影響現(xiàn)場安裝合龍，以及安裝后系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)和使用壽命。單橋3組軸承座內(nèi)的轉(zhuǎn)軸安裝同軸度偏差≤0.75mm，軸承座橫向間距偏差≤3mm(見圖2)。懸臂橋體端頭的4套精加工中部鎖定裝置，開啟橋閉合時，280mm(高)×254mm(寬)鎖桿需插入長470mm接收座中(見圖3)，插銷推桿與接收座高度和寬度方向最小間隙均為0.11mm。橋體構(gòu)件和機(jī)械設(shè)備尺寸大、質(zhì)量大，安裝難度大，須在橋梁施工前進(jìn)行整體策劃，根據(jù)橋體精度參數(shù)，明確每一工序安裝控制要求，研究相應(yīng)控制技術(shù)措施，以實(shí)現(xiàn)開啟橋順利安裝和開啟功能。

圖2 軸承座精度偏差要求示意

圖3 中部鎖定裝置構(gòu)造示意

機(jī)械安裝是精密控制關(guān)鍵，為保證機(jī)械部分的精密安裝，各機(jī)械支座安裝及與支座連接的基礎(chǔ)也需滿足相關(guān)精度要求(見圖4)；鋼結(jié)構(gòu)制作安裝是開啟橋的跨中合龍和中部鎖定的重難點(diǎn)，需通過工廠加工、預(yù)拼裝及現(xiàn)場安裝等各環(huán)節(jié)進(jìn)行控制。

圖4 基礎(chǔ)及基座安裝精度要求

3 安裝方案技術(shù)要點(diǎn)分析

3.1 控制軸網(wǎng)

從群組螺栓預(yù)埋到橋體合龍全過程，涉及專業(yè)多，時間跨度大，在進(jìn)行測量控制實(shí)施前，須建立獨(dú)立的測量精密控制軸網(wǎng)，保證施工全過程采用統(tǒng)一的參照基準(zhǔn)。為保證測量精度，采用高精度測量儀器(見表1)，以減少測量誤差。

表1 測量儀器

以主縱梁中線作為x軸，軸承座中心線為y軸基準(zhǔn)線，建立2級控制軸網(wǎng)。主墩箱室兩側(cè)的2層設(shè)備房樓面與油缸下支座基礎(chǔ)樓面高差僅700mm，考慮通視，2層設(shè)備房結(jié)構(gòu)完成后，將控制點(diǎn)設(shè)置在2層結(jié)構(gòu)樓面上，建立一級控制軸網(wǎng)，作為整個開啟橋系統(tǒng)的測量基準(zhǔn)。在一級控制網(wǎng)基礎(chǔ)上分階段建立預(yù)埋螺栓及下支座安裝的二級控制軸網(wǎng)，以及橋面機(jī)械及主橋鋼結(jié)構(gòu)安裝的二級控制軸網(wǎng)，以滿足不同施工進(jìn)度和不同施工部位要求(見圖5)。二級控制軸網(wǎng)定期與一級控制軸網(wǎng)測量復(fù)核，保證兩級控制軸網(wǎng)統(tǒng)一。在南、北岸建立2個可通視的高程基準(zhǔn)點(diǎn)，定期進(jìn)行沉降和位移觀測。

圖5 控制軸網(wǎng)

3.2 群組螺栓

液壓油缸支座和軸承座支撐框架的預(yù)埋螺栓數(shù)量多、分布范圍大，標(biāo)高和中心線位置差異較大(見表2)，與預(yù)埋螺栓連接的上部結(jié)構(gòu)安裝偏差均為±1mm。群組螺栓安裝一般采用定位模板固定，通過控制定位模板的中心線達(dá)到定位螺栓的目的。該項目因預(yù)埋螺栓群組數(shù)量多、構(gòu)造復(fù)雜，難以拉設(shè)通線，群組螺栓安裝期間定位模板的定位測量難度大，且因現(xiàn)場各專業(yè)作業(yè)交叉，難以保證混凝土澆筑完成之前群組螺栓受外部擾動的影響。

表2 單橋群組螺栓

6.478m標(biāo)高預(yù)埋螺栓用于液壓油缸下支座和軸承座支撐框架柱的連接，集中在3個區(qū)域，是控制重點(diǎn)。利用現(xiàn)場臨時鋼平臺的鋼柱安裝支撐梁，架設(shè)輔助橫梁固定定位模板，通過輔助橫梁固定定位模板位置。輔助橫梁在工廠精密加工，保證現(xiàn)場安裝精度，輔助橫梁設(shè)計考慮加工、吊裝、安裝螺栓等工況下的撓度控制，避免對定位模板安裝精度造成影響(見圖6)。

圖6 群組螺栓輔助橫梁

軸承座支撐框架上部橫梁預(yù)埋螺栓采用二次澆筑法控制定位，先將混凝土結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)澆筑至預(yù)埋螺栓底部，待軸承座支撐框架完成臨時安裝，再進(jìn)行該預(yù)埋螺栓安裝，支撐框架的精確測量定位滿足要求后進(jìn)行二次澆筑。軸承座支撐框架上部連梁預(yù)埋螺栓為水平穿墻螺栓，在結(jié)構(gòu)施工階段預(yù)埋套管，待支撐框架結(jié)構(gòu)精密安裝后灌漿固定。

3.3 軸承座支撐框架

軸承座支撐框架主要包括與混凝土結(jié)構(gòu)連接的框架柱、與軸承座連接的支座橫梁及橫向連梁和斜撐。該部分涉及軸承座的安裝精度，制作要求高，主要通過工廠精加工和預(yù)拼裝保證精度。在工廠內(nèi)將各桿件按圖紙組裝成一個整體，組裝時嚴(yán)格控制和修正構(gòu)件精度，保證軸承座支撐框架上下表面平面度、整體垂直度等要求，然后對特殊部位做標(biāo)識，拆分發(fā)往安裝現(xiàn)場?，F(xiàn)場安裝主要通過在框架底部設(shè)置基座鋼板，通過保證基座鋼板的標(biāo)高軸線位置保證框架的底腳精度。基座鋼板同時作為群組螺栓預(yù)埋的定位模板。

3.4 軸承座

為便于安裝和校正，根據(jù)轉(zhuǎn)軸規(guī)格參數(shù)設(shè)計制作工藝軸，工藝軸作為臨時構(gòu)件將軸承座相鄰兩支座連接，并采用臨時連接桿連接成整體(見圖 7)，軸承座精密校正后拆除工藝軸，再進(jìn)行轉(zhuǎn)軸組件安裝。為保證單側(cè)3組總跨度17 600mm的軸承座達(dá)到同軸度0.75mm以內(nèi)精度要求，在軸承座底部設(shè)計標(biāo)高調(diào)節(jié)螺栓，通過調(diào)節(jié)螺栓和不銹鋼補(bǔ)償墊板方式保證豎向精度，在側(cè)面設(shè)計調(diào)節(jié)支座，通過千斤頂微調(diào)保證水平方向精度，并通過內(nèi)徑125mm轉(zhuǎn)軸孔采用Fixturlaser激光準(zhǔn)直儀進(jìn)行檢測校正，使其滿足精度要求。

圖7 軸承座支座與工藝軸連接

3.5 橋體鋼結(jié)構(gòu)

單根主縱梁長45m、重達(dá)84t，為實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場吊裝，加工前將主縱梁劃分成4個節(jié)段，節(jié)段間采用螺栓連接，轉(zhuǎn)軸位于主縱梁第2節(jié)段。橋體安裝精度控制重點(diǎn)為工廠加工，加工前需進(jìn)行預(yù)拱度設(shè)計，并采用特殊的加工制造工藝。通過主梁臥拼鉆孔保證整橋所有孔群的同孔率，在工廠模擬現(xiàn)場情況預(yù)拼裝，采用緊密配合的沖釘對各連接孔群進(jìn)行定位，并在試拼后現(xiàn)場定位焊接各拼接板，保證主縱梁、主橫梁、縱橫次梁、斜撐等的連接精度。全橋鋼結(jié)構(gòu)預(yù)拼裝完成后，整體對轉(zhuǎn)軸位置劃線制孔，并在工廠進(jìn)行轉(zhuǎn)軸與主縱梁組裝，以保證該處的同軸度要求。工廠內(nèi)拼裝檢查合格后，對特殊桿件做好標(biāo)識，并對各桿件計算好重心、設(shè)置好吊點(diǎn)，將其拆分發(fā)運(yùn)至安裝現(xiàn)場。轉(zhuǎn)軸與主縱梁第2節(jié)段的安裝精度是橋體制作核心，轉(zhuǎn)軸在工廠組裝校正后不拆解，同第2節(jié)段主縱梁一同整體運(yùn)輸?shù)跹b，其最大質(zhì)量達(dá)57t，需在現(xiàn)場架設(shè)鋼平臺，采用履帶式起重機(jī)吊裝，節(jié)段的拼接通過沖釘定位，螺栓固定前對每個節(jié)段主縱梁進(jìn)行儀器測量校正。

3.6 液壓油缸

液壓油缸兩端通過軸銷連接油缸下支座和上支座，其中油缸上支座與主縱梁底部通過螺栓連接，通過工廠預(yù)拼裝鉆孔獲得較高精度，油缸下支座與混凝土相連，現(xiàn)場安裝是精度控制難點(diǎn)。下支座與混凝土間設(shè)置(50+25)mm厚基座鋼板(50mm厚基座鋼板兼作預(yù)埋螺栓定位模板)和50mm灌漿層(見圖 8)，基座鋼板須精加工，表面保持較高的粗糙度和平整度。通過調(diào)平螺母對基座鋼板標(biāo)高和中線的調(diào)整，獲得滿足油缸下支座安裝要求的基座。油缸下支座和基座鋼板的螺栓孔設(shè)計比地腳螺栓大2mm，通過孔群2mm間隙微調(diào)中線，最終保證油缸下支座1mm的高精度要求，在液壓油缸調(diào)試前，采用熔化成液態(tài)的金屬鋅對2mm螺栓孔逐一灌注。

圖8 油缸下支座安裝示意

3.7 中部鎖定裝置

最后在懸臂橋體端頭進(jìn)行4組中部鎖定裝置精準(zhǔn)對接，由于橋跨應(yīng)力變形、溫差、加工誤差等因素影響，兩岸開啟橋安裝后的標(biāo)高對中存在不確定性，為保證安裝精度，實(shí)現(xiàn)鎖桿能順利插入0.11mm間隙的接收座，在橋體自重加載結(jié)束后，通過前支撐座標(biāo)高粗調(diào)、現(xiàn)場定位和配鉆鉆孔等多個步驟進(jìn)行安裝。

4 方案實(shí)施

4.1 軸承座支撐框架安裝

1)現(xiàn)場安裝考慮實(shí)施，將整個支撐框架分為3組進(jìn)行組拼，精度檢驗并修正合格后進(jìn)行單組吊裝(見圖 9)。

圖9 軸承座支撐框架分組拼裝

2)安裝前，在預(yù)埋螺栓調(diào)平螺母上放置基座鋼板，采用精密水準(zhǔn)儀測量復(fù)核支撐框架單側(cè)3組基座鋼板上表面高程與平面度。

3)將支撐框架整體吊裝下放，使下表面與基座鋼板精密貼合，調(diào)整后擰緊螺母；臨時安裝固定軸承座支撐框架上部橫梁預(yù)埋螺栓及螺栓定位模板，依次安裝連梁及斜撐，焊接固定上部預(yù)埋螺栓定位模板；軸承座支撐框架側(cè)面預(yù)埋螺栓通過錨板夾剪力墻的方式固定。全過程采用全站儀和電子水準(zhǔn)儀測量校正支撐框架軸線位置及頂部高程變化，保證標(biāo)高和軸線偏差均控制在2mm。

4)上部預(yù)埋螺栓采用二次混凝土澆筑，側(cè)面預(yù)埋螺栓采用無收縮灌漿料灌漿。澆灌完成后，復(fù)核支撐框架上表面，分別測量單跨橋6個支撐座上表面(測量4個角)的平面度及高程，并記錄數(shù)據(jù)。

4.2 安裝軸承座

1)根據(jù)數(shù)據(jù)在支撐座上表面打磨修正或安裝補(bǔ)償墊板，墊板采用0.25～0.4mm不銹鋼組合，盡可能降低高程誤差及平面度誤差。

2)拆卸支撐框架上部的臨時連接板。起吊3組軸承座下放至相應(yīng)位置，下放時盡可能滿足單跨橋3組軸承座同軸及軸線平行等要求，然后安裝螺栓，但暫時不擰緊，以便進(jìn)行位置及同軸度精調(diào)。

3)架設(shè)激光準(zhǔn)直儀，通過預(yù)設(shè)的標(biāo)高調(diào)節(jié)螺栓進(jìn)行高程方向調(diào)節(jié)(見圖 10)，使3組軸承座在標(biāo)高上滿足精度要求，然后起吊主鉸點(diǎn)支座，墊入補(bǔ)償墊板，直至與單組4個標(biāo)高調(diào)節(jié)螺栓上表面平齊，然后再將軸承座起吊下放。

圖10 軸承座精調(diào)裝置布置

4)安裝縱向和橫向調(diào)節(jié)支座，架設(shè)千斤頂，通過全站儀調(diào)整3組軸承座縱向中心線與軸線控制網(wǎng)對齊，通過激光準(zhǔn)直儀橫向微調(diào)及水平和高程方向的反復(fù)調(diào)節(jié)，使單側(cè)3組軸承座同軸度滿足0.75mm以內(nèi)要求。然后采用液壓力矩扳手緊固螺栓，完成軸承座安裝固定。

4.3 橋體鋼結(jié)構(gòu)安裝

1)根據(jù)橋體構(gòu)造特點(diǎn)，先進(jìn)行橋體第2節(jié)段安裝，再依次安裝第1節(jié)段配重部分和第3，4節(jié)段懸臂部分。

2)主縱梁第2節(jié)段安裝前，臨時拆除軸承座上軸承蓋、上銅套、定位工藝軸等零部件，調(diào)整前支撐的下支座高程，并在現(xiàn)場將油缸上支座和前支撐上支座安裝在主縱梁上，再整體起吊安裝。

3)將第2節(jié)段主縱梁前端放置在前支撐下支座上表面，另一端的轉(zhuǎn)軸緩慢放置于軸承座內(nèi)，保持主縱梁中心線與二級軸網(wǎng)控制線重合。

4)恢復(fù)上軸承蓋、上銅套等部件，安裝主縱梁第2節(jié)段間的主橫梁。

5)第2節(jié)段主框架安裝完成后，采用激光準(zhǔn)直儀檢驗單跨橋3根主軸的同軸度是否依然滿足0.75mm以內(nèi)精度要求，如變化超出范圍，須進(jìn)行調(diào)節(jié)。

6)主縱梁其余節(jié)段逐段吊裝拼接，重點(diǎn)控制中縱梁安裝，保持中縱梁中心線與軸網(wǎng)控制線重合，如有偏差可通過結(jié)構(gòu)斜撐調(diào)整，調(diào)整完成后再進(jìn)行邊縱梁安裝和主橫梁連接。

4.4 液壓油缸安裝

1)通過控制基座鋼板的精確安裝實(shí)現(xiàn)油缸下支座精確定位，預(yù)埋螺栓混凝土澆筑完成后，取出用作定位模板的基座鋼板，進(jìn)行基層混凝土鑿毛清理。

2)安裝50mm厚基座鋼板，通過電子水準(zhǔn)儀配合調(diào)整4個角調(diào)平螺母至設(shè)計標(biāo)高，同時根據(jù)二級控制軸網(wǎng)，調(diào)整中心線位置，直至基座鋼板標(biāo)高、平面度及中心線滿足要求。

3)臨時安裝和擰緊4個調(diào)平螺母對應(yīng)的上部螺母，再對剩余螺栓進(jìn)行調(diào)平螺母調(diào)整，使其頂緊基座鋼板下表面，復(fù)測偏差滿足要求后，采用無收縮灌漿料灌漿填充。

4)安裝25mm厚基座鋼板和油缸下支座，測量校正并擰緊螺栓后穿入下部軸銷，進(jìn)行液壓油缸安裝。50mm厚基座鋼板中心線采用劃針刻畫在表面和側(cè)面，作為后續(xù)安裝的參照線。

5)主縱梁安裝完成后，進(jìn)行油缸上支座連接。松開上支座的連接螺栓，穿入軸銷后，根據(jù)控制線調(diào)整和緊固連接螺栓。

6)復(fù)核單側(cè)3組液壓油缸上下制作安裝偏差無誤后，逐一擰開下支座預(yù)埋螺栓螺母，現(xiàn)場采用氧氣乙炔火焰將鋅塊熱熔至坩堝內(nèi)，對螺栓孔2mm間隙進(jìn)行灌鋅固定。

4.5 中部鎖定裝置安裝

1)在主縱梁安裝過程中，將推桿和鎖桿安裝在第4節(jié)段，接收座后續(xù)安裝。

2)待兩側(cè)橋體主結(jié)構(gòu)及主要附屬結(jié)構(gòu)安裝完成，進(jìn)行聯(lián)合調(diào)試時，通過前支撐座的0.5～1.0mm厚調(diào)節(jié)墊鐵對前支撐下支座高程進(jìn)行精確調(diào)節(jié)，并使全橋6組前支撐座下支座與上支座緊密貼合，將跨中兩側(cè)橋體高差調(diào)整至10mm左右。

3)進(jìn)行跨中橋面伸縮縫等剩余結(jié)構(gòu)安裝，使橋體自重分布與最終完成狀態(tài)分布相同。通過推桿打開鎖桿，根據(jù)鎖桿端頭的位置，現(xiàn)場測量接收座孔的準(zhǔn)確位置，并進(jìn)行接收座連接板的現(xiàn)場制作和定位焊接，安裝誤差±2mm(見圖 11)。

圖11 接收座連接板示意

4)兩岸橋體關(guān)閉狀態(tài)時，打開鎖桿進(jìn)行接收座現(xiàn)場精確定位，再根據(jù)定位標(biāo)記鉆孔和安裝接收座，實(shí)現(xiàn)精確對中。

5 結(jié)語

開啟橋系統(tǒng)的安裝具有結(jié)構(gòu)構(gòu)造復(fù)雜、設(shè)備構(gòu)件自重大、安裝精度要求高等特點(diǎn)，各系統(tǒng)需精確配合才能實(shí)現(xiàn)橋體的正常運(yùn)行。項目通過方案整體策劃，對關(guān)鍵工序設(shè)定精度標(biāo)準(zhǔn)，通過工廠加工、控制軸網(wǎng)測設(shè)、群組預(yù)埋螺栓預(yù)埋、機(jī)械和結(jié)構(gòu)安裝等各工序控制，圓滿完成了馬來西亞登嘉樓開啟橋的安裝，調(diào)試階段一次性開啟成功，開啟時無異響，開啟速度和運(yùn)行效果均達(dá)到設(shè)計要求。本項目于2019年8月1日通車，目前運(yùn)行情況良好。