鋼拱橋鋼拱肋主弦管外置式雙向調(diào)節(jié)匹配裝置的應(yīng)用

孟慶斌

（中鐵上海工程局集團有限公司，上海 201906）

0 引言

上承式提籃拱橋的拱橋勁性骨架一般多設(shè)計為鋼管拱肋結(jié)構(gòu)，而鋼管拱肋在管口對位時的常規(guī)做法多采用內(nèi)法蘭連接匹配或管外碼板臨時固定的方式。但這兩種對位匹配方式受制于外部因素的干擾都不易靈活調(diào)整，往往因為管口錯邊及縫隙過大而導致管節(jié)之間環(huán)口焊縫質(zhì)量不能滿足設(shè)計及規(guī)范要求，極易造成鋼結(jié)構(gòu)的焊接質(zhì)量缺陷。如何較為便捷地解決上承式提籃拱橋鋼管拱肋管口在現(xiàn)有對位工藝時常出現(xiàn)的問題，是行業(yè)內(nèi)參建人員長期思考的問題之一，是目前上承式提籃拱橋施工亟待解決的一項技術(shù)研究課題[1]。

1 依托項目工程概況

鄭萬鐵路奉節(jié)梅溪河雙線特大橋位于重慶市奉節(jié)縣梅溪河口上游約1.5km處，橋梁全長687.8m，主橋采用1-340m上承式鋼筋混凝土X型提籃拱，跨徑為340m，矢高74m。主拱肋橫向?qū)挾葹?m，豎向高度為6～11m，全橋拱肋共分成48個單元（拱腳預(yù)埋段及拱頂合龍段除外），主拱肋勁性骨架主材材質(zhì)采用Q390D、Q345D，用鋼量約4083t。拱肋分叉段橫梁為鋼管桁架結(jié)構(gòu)，其余聯(lián)結(jié)系為L200×20、L160×16等四肢組合角鋼結(jié)構(gòu)，材質(zhì)為Q345D，拼接填板等次要構(gòu)件材質(zhì)為Q235。拱肋鋼管內(nèi)灌注C60微膨脹自密實混凝土，拱圈外包C55補償收縮鋼筋混凝土，拱上共計11根墩柱，主橋共計三聯(lián)（4孔一聯(lián)）連續(xù)梁。主拱圈采用勁性骨架外包混凝土結(jié)構(gòu)，主拱座基礎(chǔ)采用水平樁+豎直樁方案，交界墩采用雙柱式空心墩，全橋位于3‰直線縱坡上。如圖1所示。

2 現(xiàn)有施工工藝存在的不足

通過廣泛地調(diào)研國內(nèi)鋼拱橋鋼拱肋主弦管對接焊接工藝工裝的現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)主弦管焊接對接質(zhì)量和施工過程安全受管理行為、施工工藝和施工工裝等因素的影響十分密切，特別是主弦管焊接質(zhì)量極易因管口錯邊或管縫過大等原因?qū)е颅h(huán)口焊縫出現(xiàn)質(zhì)量缺陷[2]?？偨Y(jié)歸納目前鋼拱橋鋼拱肋主弦管對接焊接工藝工裝，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有工藝工裝存在著以下不足：

（1）剛拱肋主弦管對接精度要求非常高，多采用法蘭連接匹配或管外碼板臨時固定的方式作為臨時固結(jié)手段。整個安裝過程需要大型起重設(shè)備或重型頂升設(shè)備的精密配合，主弦管的空間位置控制難度較大，特別是在水平方向精準調(diào)整主弦管位置時難度更大。

（2）針對鋼管桁架拱多根主弦管同時在高空對位的復(fù)雜工況，往往要兼顧多個主弦管的同步對位，現(xiàn)有施工工藝極易發(fā)生有的主弦管已完成初步對外，但其他主弦管的位置偏差依然較大的情況，需要不斷重復(fù)調(diào)整鋼構(gòu)件的空間位置才能確保多根主弦管的對位精準。

（3）現(xiàn)有施工工藝的鋼拱架主弦管對位工序往往耗時較長，需要不同工種工人隨時配合作業(yè)，工作效率較低，且長時間起重吊裝作業(yè)存在較大安全風險。

3 鋼拱肋主弦管外置式雙向調(diào)節(jié)匹配裝置的結(jié)構(gòu)構(gòu)成

針對現(xiàn)有鋼拱肋主弦管對接工藝存在要求精度高，易出現(xiàn)質(zhì)量缺陷等問題，在建設(shè)各方的共同參與下，依托中鐵上海工程局集團有限公司鄭萬鐵路奉節(jié)梅溪河雙線特大橋開展了新型裝置的研發(fā)工作，通過多次試驗總結(jié)和分析調(diào)整后，最終穩(wěn)定了加工和實施方案，并達到了預(yù)期使用功能[3]。

鋼拱肋主弦管外置式雙向調(diào)節(jié)匹配裝置由對接主弦管管節(jié)、匹配件、填板和定位螺栓組成。兩個對接主弦管管節(jié)的相對接的管口外壁均相對應(yīng)地焊接連接有多個匹配件，而匹配件沿對接主弦管管節(jié)的周向均布設(shè)置。每個匹配件包括焊接連接成一體的匹配板和兩塊支撐板，匹配板沿對接主弦管管節(jié)的徑向面設(shè)置，兩塊支撐板分別垂直設(shè)置于匹配板的兩側(cè)。每塊支撐板的一端與匹配板焊接連接，支撐板的另一端與對接主弦管管節(jié)的外壁焊接連接。相對應(yīng)兩個匹配件的匹配板之間設(shè)有填板，相對應(yīng)的兩個匹配件的匹配板及之間的填板通過定位螺栓緊固連接，如圖2所示。為確保連接便捷，每個匹配件的匹配板上開設(shè)與定位螺栓相配合的腰型孔。每塊填板上開設(shè)與定位螺栓相配合的螺栓孔，相對應(yīng)兩個匹配件的匹配板上的腰型孔的延伸方向相垂直，并且腰型孔的中心線相重合。填板可根據(jù)工藝要求調(diào)整厚度來調(diào)節(jié)兩個對接主弦管管節(jié)的管口間隙。沿著每個對接主弦管管節(jié)周向均勻布設(shè)的四個匹配件，匹配件通過焊接連接的方式與管口外壁相連。其中的兩個匹配件設(shè)置于管口的橫向基準線上，另兩個匹配件設(shè)置于管口的縱向基準線上。相對應(yīng)兩個匹配件的匹配板之間設(shè)有兩塊填板，相對應(yīng)兩個匹配件的匹配板和之間的兩塊填板通過兩個定位螺栓緊固連接。每個匹配件的匹配板上開設(shè)有兩個腰型孔，兩個腰型孔以匹配件所在基準線為軸對稱分布。同時，每塊填板上相對應(yīng)地開設(shè)有兩個螺栓孔[4]。

4 鋼拱肋主弦管外置式雙向調(diào)節(jié)匹配裝置的使用方法

所有結(jié)構(gòu)構(gòu)件的尺寸及連接均需根據(jù)實際情況通過計算確定，以鄭萬鐵路奉節(jié)梅溪河雙線特大橋主橋為例，鋼拱肋拱軸線為懸鏈線造型，每個節(jié)段的空中傾角、姿態(tài)均不相同，單節(jié)段最大重量150t。鋼拱肋節(jié)段現(xiàn)場吊裝時，采用鋼拱肋主弦管外置式雙向調(diào)節(jié)匹配裝置進行拱肋節(jié)點高空定位精調(diào)施工，順利地完成了拱肋節(jié)段的管口精調(diào)定位。其中，對接主弦管管節(jié)直徑750mm，壁厚24mm，匹配板和支撐板厚24mm，填板厚24mm，定位螺栓采用8.8級M28的螺栓。具體操作流程如下：

（1）施工前，在鋼拱肋節(jié)段加工廠內(nèi)對匹配件進行預(yù)制和試拼裝，每一匹配板和兩塊支撐板組合焊接構(gòu)成一匹配件，每四個匹配件焊接在一對接主線管管節(jié)用于對接的管口的相應(yīng)位置。

（2）在鋼拱肋節(jié)段安裝現(xiàn)場，兩個對接主弦管管節(jié)吊裝到高空后開始粗調(diào)定位，相對應(yīng)兩個匹配件的匹配板之間及時塞填板，利用定位螺栓進行緊固固定。

（3）定位螺栓緊固結(jié)束后立即對拱肋節(jié)段進行空間支撐，使其固定牢靠，空間支撐的方式一般采用支架法或斜拉扣掛法支撐。

（4）拱肋節(jié)段空間加固結(jié)束后隨即啟動管口精調(diào)作業(yè)程序。管口精調(diào)時，先松動定位螺栓，借用千斤頂或者手拉葫蘆等外力裝置對管口上下、左右進行精確調(diào)整，精確就位后，緊固定位螺栓進行固定。可根據(jù)工藝要求對填板的厚度調(diào)整來調(diào)節(jié)管口間隙。

（5）管口精調(diào)作業(yè)完成后，開始對未被鋼拱肋主弦管外置式雙向調(diào)節(jié)匹配裝置遮擋的管縫部位進行焊接作業(yè)，為降低因焊接過程中的溫度變化對構(gòu)件產(chǎn)生變形影響，焊接作業(yè)宜對稱進行。

（6）對稱解除鋼拱肋主弦管外置式雙向調(diào)節(jié)匹配裝置固定螺栓，并切割已解除固定螺栓的鋼拱肋主弦管外置式雙向調(diào)節(jié)匹配裝置，切割完成后立即對其遮擋的管縫部位進行焊接作業(yè)。為保證操作過程安全，并降低因焊接過程中的溫度變化對構(gòu)件產(chǎn)生變形影響，整套操作過程應(yīng)對稱進行。

（7）以上工序完成后，該作業(yè)內(nèi)容全部完成，剩余作業(yè)內(nèi)容重復(fù)以上步驟進行。

5 鋼拱肋主弦管外置式雙向調(diào)節(jié)匹配裝置使用后效果顯著

采用自主研發(fā)的鋼拱肋主弦管外置式雙向調(diào)節(jié)匹配裝置后效果顯著，與現(xiàn)有鋼管拱肋的管口對接采用法蘭連接匹配或管外碼板臨時固結(jié)的工藝相比，此種新型安裝工藝工裝具有結(jié)構(gòu)簡單，入門門檻低，便于拱肋節(jié)段高空對位，安裝快速便捷等優(yōu)點。特別適用于鋼管桁架拱多根主弦管同時在高空對位的需要多維度精準控制的復(fù)雜施工工況。通過先進行粗對接方式，將對接管進行臨時固定，為后續(xù)精準對接提供穩(wěn)固的工作面。將填板引入該裝置后，可以對管縫距離實現(xiàn)準確控制，為后續(xù)管縫對接焊接的質(zhì)量提供了有力保障。再通過腰型孔垂直方向開孔的巧妙設(shè)計，能夠?qū)崿F(xiàn)隨時對管口精準對位的雙向調(diào)節(jié)的效果[5]。

鋼拱肋主弦管外置式雙向調(diào)節(jié)匹配裝置的投入使用，在實現(xiàn)了減少勞動力投入和顯著提高了工作效率的目標的同時，還顯著提升了鋼管拱肋管口對接焊接的質(zhì)量，提高了鋼構(gòu)件一次焊接合格率。大幅縮短了作業(yè)人員高空作業(yè)的時長，有效地降低了高空作業(yè)安全風險。綜上，該新型裝置具備大范圍推廣使用條件。

6 結(jié)語

在鄭萬鐵路奉節(jié)梅溪河雙線特大橋施工過程中，由中鐵上海工程局集團有限公司自主研發(fā)的鋼拱肋主弦管外置式雙向調(diào)節(jié)匹配裝置，獲得了各參建單位的高度認可，在大幅提高施工安全的同時，也顯著提升了鋼拱肋主弦管對接的焊接質(zhì)量，取得了顯著的經(jīng)濟和社會效益。同時，該成果獲得了國家實用新型發(fā)明專利（專利名稱：一種鋼拱肋主弦管外置式雙向調(diào)節(jié)匹配裝置，專利號：ZL 2020 2 2032363.7），在一定程度上也促進了我國鋼拱橋的施工技術(shù)發(fā)展。