虎門二橋G4-1及G4-2合同段鋼箱梁同精度匹配工藝方案

孫 樹 松

(中鐵山橋集團有限公司,河北 秦皇島 066205)

虎門二橋G4-1及G4-2合同段鋼箱梁同精度匹配工藝方案

孫 樹 松

(中鐵山橋集團有限公司,河北 秦皇島 066205)

介紹了虎門二橋鋼箱梁的結構特點，并對鋼箱梁制造的精度控制和焊接采用的技術進行了深入研究，重點闡述了制造難點、工藝措施及鋼箱梁的質量控制，以達到兩個合同段間的精確匹配。

虎門二橋，鋼箱梁，精度控制，三維模型，匹配

0 引言

近年來，隨著我國各類鋼橋建造數(shù)量的不斷增多，為適應地質條件、周圍環(huán)境及設計的需要，大型鋼箱梁在其跨徑上越來越大。受其工期限制，往往需要兩家甚至幾家單位共同協(xié)作，來完成鋼箱梁的生產制造及拼裝架設工作。因此對于鋼箱梁的尺寸精度及其匹配度必須進行嚴格控制。本文結合虎門二橋鋼箱梁制造的工程實踐，對此種情況下大型鋼箱梁的拼裝與焊接方法給予介紹，為類似工程提供借鑒。

1 工程概述

虎門二橋為主跨1 688 m雙塔雙跨鋼箱梁懸索橋(如圖1所示)，跨徑布置為658 m+1 688 m+522 m，建成后將成為世界第一跨度鋼箱梁懸索橋，所有類型橋梁中主跨位居世界第二，國內第一。

2 鋼箱梁制造方案

虎門二橋主橋鋼箱梁全寬44.7 m(不含檢修道、導流板)，吊索錨固在風嘴上，主纜橫向間距42.1 m，頂板寬40.6 m，風嘴寬2.1 m，平底板寬31.3 m，斜底板寬6.7 m，風嘴外側設置寬1.5 m檢修道和1 m導流板，鋼箱梁梁高4 m(見圖2)。主梁分為11種類型，共176個梁段。

虎門二橋主橋鋼箱梁部分分為G4-1和G4-2兩段，由兩家單位共同制造——中鐵山橋集團有限公司、上海振華重工集團有限公司。為確?；㈤T二橋鋼箱梁制造精度的一致性、鋼箱梁節(jié)段連接的匹配性，必須制定嚴格的制造方案。

2.1鋼箱梁三維模型匹配

為確保鋼箱梁制造精度相同，兩家單位采用了相同的鋼箱梁斷面預拱度，應用CAD,TEKLA兩種繪圖軟件進行鋼箱梁節(jié)段三維建模(見圖3)，并對鋼箱梁節(jié)段三維模型的幾何重心、型截面控制點、吊索錨固點、U形肋截面尺寸(如圖4所示)等重要幾何要素進行了比對[1]，使兩家單位的鋼箱梁三維模型相同，即鋼箱梁制造的幾何基礎相同。

2.2板單元制造方案

導致鋼箱梁節(jié)段制造精度差異的兩大主因：

1)下料、鉆孔的尺寸精度;

2)切割、焊接、修整時的熱變形。因此，為保證虎門二橋鋼箱梁制造精度的一致性，兩家單位同時采用了NC自動劃線機、NC精密焰切機、數(shù)控鉆床、機械人焊機、反變形胎等先進的制造設備，提高了鋼箱梁制造尺寸精度，減少了鋼材熱變形，使制造精度提高，并且趨同。

本橋鋼塔、鋼箱梁板單元生產車間有兩條預處理自動生產線，鋼板預處理前用趕板機趕平，使鋼板軋制內應力分布均勻及部分消除，矯正鋼板的塑性變形，提高鋼板平面度。鋼板經過拋丸、噴漆、烘干，提高鋼材抗腐蝕能力，優(yōu)化鋼材表面工藝制作狀態(tài)，利于數(shù)控切割機下料。板件采用空氣等離子及火焰數(shù)控切割機下料，切割設備均具有自動劃線、寫號功能，除能夠采用自動定位組裝和焊接后需要二次組裝的位置線外，全部采用數(shù)控切割機床進行劃線、寫號，取消了人工劃線、寫號，減少了影響劃線、寫號精度和準確性的各種因素。U形肋板單元采用多頭機器人焊接系統(tǒng)在液壓翻轉胎上船位焊接。反變形胎有效地控制板單元焊接變形，機器人船位焊接有效地保證了U形肋的熔深及焊縫質量的穩(wěn)定性。

2.3鋼箱梁節(jié)段拼裝方案

鋼箱梁節(jié)段拼裝全部在拼裝廠房內完成。鋼箱梁制造采用統(tǒng)一的多節(jié)段連續(xù)匹配制造與預拼裝同時完成的“長線法”拼裝方案。鋼箱梁節(jié)段一端為基準，另一端預留配切量，待鋼箱梁節(jié)段整體焊接后根據監(jiān)控線型進行切割[2]。

2.4鋼箱梁預拼裝方案

為確保鋼箱梁架設順利，接口對接準確，鋼箱梁在拼裝場要進行預拼裝，若發(fā)現(xiàn)節(jié)段尺寸有誤或預拱度不符時，可在拼裝場進行尺寸修正，避免在高空調整，減少高空作業(yè)難度和加快吊裝速度，消除現(xiàn)場施工風險。

每輪次節(jié)段連續(xù)匹配組焊完畢后，在測量控制網中用全站儀精確測量采集鋼箱梁測量監(jiān)控點的三維坐標。通過建模分析確定各節(jié)段的空間位置及線形偏差，然后確定節(jié)段的長度、端口尺寸、間距等參數(shù)，通過配切余量調整節(jié)段間架設夾角，從而消除制造時的偏差累積，使實際制造線形與理論制造線形相擬合。同時通過端口匹配可以消除相鄰節(jié)段間的板邊錯邊，有效控制焊縫間隙和對口精度[3]。

3 焊接工藝

本橋鋼箱梁為全焊結構，結構焊縫較多，導致發(fā)生的焊接變形和焊接殘余應力較大。兩家單位針對設計圖指定的鋼材材質、接頭類型和焊縫尺寸，選擇合適的焊接方法、焊接材料、坡口形式、焊接工藝、焊接措施、施焊環(huán)境等，制定了產品焊接工藝規(guī)程。并根據同精度制造的要求，采用了統(tǒng)一的焊接方法、焊縫斷面、焊道數(shù)量、焊接參數(shù)、施焊順序和施焊方向等焊接工藝參數(shù)；同時應有利于組裝、焊接和焊接變形的控制，并減小焊接引起的角變形、彎曲變形、扭轉變形和翹曲變形，使鋼箱梁節(jié)段變形空間減小，降低同精度制造的難度。

鋼板對接接料焊縫采用埋弧自動焊焊接。頂板單元、底板單元、邊腹板單元、中腹板單元等均采用CO2氣體保護自動焊，采用多頭門式焊接機器人+自動液壓反變形胎架船位焊接(見圖5)，橫隔板單元采用CO2氣體保護自動焊，采用橫隔板焊接機器人平位焊接(見圖6)。

拼裝場和橋上頂板、底板單元間對接焊縫，節(jié)段間頂板、底板對接焊縫均采用半自動焊打底+埋弧自動焊填充、蓋面。其他焊縫優(yōu)先采用自動焊，不能采用自動焊的采用CO2氣保護半自動焊。CO2氣體保護半自動焊使用數(shù)字逆變CO2/MAG焊機和第四代焊接數(shù)據管理系統(tǒng)，通過焊接數(shù)據管理系統(tǒng)對焊機的工作狀態(tài)進行實時監(jiān)控，提高焊接質量和管理水平[4]。

4 兩合同段相鄰節(jié)段實物匹配

兩合同段相鄰節(jié)段的實物匹配，既能實現(xiàn)相鄰節(jié)段的對接口的匹配，也能檢驗鋼箱梁同精度制造工藝的可行性，對后續(xù)鋼箱梁節(jié)段的同精度制造有指導性意義，可以據此對專項方案進行微調，使得鋼箱梁制造精度更加貼近。

節(jié)段實物匹配時，在固定節(jié)段橫縱隔板交叉處設定位墩，在拼裝節(jié)段橫縱隔板交叉處設調控滑移墩(見圖7)。定位墩在水平面內固定，僅能進行鉛垂方向調控；調控滑移墩可同時進行空間三向調控[5]。

匹配時將拼裝節(jié)段滑移至指定位置，然后調整節(jié)段接口端面，使頂板、底板上表面平齊，滿足制造驗收規(guī)則要求。然后完成匹配端口的配切，使節(jié)段長度、吊點間距滿足設計要求。所有匹配數(shù)據應有詳細記錄，包括截面基本幾何尺寸、板面平面度、鋼箱梁坡度、吊點間距等。匹配后兩家單位應對結果進行分析，并對已經生產的其他節(jié)段、板單元進行檢驗，以確定方案進一步調整的方向。

5 結語

通過鋼箱梁制造實踐檢驗，板單元制作、鋼箱梁組焊、總拼等工藝先進合理。焊縫外觀質量良好，內在質量穩(wěn)定。梁段制造質量優(yōu)良，安裝順利，匹配度及其他各檢測項點全部滿足規(guī)范要求。本工程的順利完工，可以為國內外類似工程提供參考。

[1] 何永祥,潘志廣,黃世超.BIM技術在施工圖繪制中的應用研究[J].土木建筑工程信息技術,2013(2):15-20.

[2] 邵天吉.深圳灣大橋平曲線鋼箱梁制作技術[J].鋼結構,2008(4):53-54.

[3] 胡廣瑞.大型公路鋼箱梁整體拼裝制造線形和尺寸的控制[J].鋼結構,2006(5):74-75.

[4] 楊永強,劉振剛,徐向軍.歐洲焊接標準在挪威公路橋中的應用[J].金屬加工,2010(18):69-71.

[5] 呂 雨,謝蘭敏.淺談鋼箱梁施工的線形控制技術[J].安徽建筑,2009(6):91-92.

HumenⅡBridgeG4-1contractandG4-2contractsectionsameprecisionmanufacturingprocessschemeofsteelboxgirder

SunShusong

(ChinaRailwayShanhaiguanBridgeGroup.,Ltd,Qinhuangdao066205,China)

This paper introduces the structural characteristics of Humen Ⅱ bridge steel box girder, and the fabrication of steel box girders for precision control and welding technology for the in-depth study, focusing on the quality control of manufacturing difficulties, technological measures and steel, in order to achieve the accurate matching between the two contract section.

Humen Ⅱ bridge, steel box girder, precision control, 3D model, matching

U448.213

A

1009-6825(2017)26-0153-03

2017-07-06

孫樹松(1986- )，男，工程師