蒋东强

（中铁二十四局集团安徽工程有限公司 安徽合肥 230000）

0 引言

随着社会经济的发展，大规模基础设施建设中大跨度桥梁日益普遍。大跨度钢结构桥梁具有自重轻，韧性好，施工速度快等优点，在桥梁建设中得到广泛运用[1]。在此借助引江济淮铭传路桥钢结构工程制造过程，总结大跨度钢管拱桥制造施工技术和经验。

1 桥梁结构

桥梁位于引江济淮工程江淮沟通段，主桥全长340m，跨径布置为50m+240m+50m，采用飞燕式钢管拱桥结构形式。桥梁分两幅设置，单幅宽度27.3m；单幅桥设置2片拱肋，每片拱肋由4根φ850mm×20mm圆形钢管组成，钢管之间采用缀板和腹杆连接；拱肋间设置8道K型风撑和1道平行风撑。系梁采用正交异性全焊结构，有等高度闭口箱型和等高度双边箱开口两种截面形式。单幅设置22对整束挤压吊杆和16根可调可换式整束水平系杆。

2 施工图深化

加工前首先对钢结构桥梁进行深化设计，绘制能够用于生产的构件制造工艺图。节段划分和深化设计结合了运输限制条件，并且与架设安装方案相互配合设计。利用（TEKLA）专业软件进行建模，绘制三维图形，一方面可复核节段划分方案的可操作性，同时也能为加工制造提供立体图像并指导施工。针对各种构件编制焊接作业指导书、试装工艺卡和防腐涂装工艺卡等用于指导车间生产。

图1 桥梁三维模型

3 钢结构节段划分

本工程运输道路条件为制造基地至桥位8.2km市政道路，结合结构形式、制造、运输和现场吊装等综合因素，本桥梁划分为边拱肋段、主拱肋段、钢系梁段。各段再划分为适宜工厂制造和运输的单元件，并编制各单元作业书。构件划分如下：

（1）边拱：结合自拱座到边墩的架设顺序，边拱划分为预埋段BG0、BG1。按此划分最大构件为BG1，尺寸为12.4m×4.7m×2.2m，单件重78.7t。

（2）主拱：主拱段划分为ZG0～ZG7和合龙段；拱肋间风撑单独成段，考虑单个风撑尺寸为21.75×5.1×5.09m高度超高和超宽因素，采取将K型风撑划分成三个平面梁，在现场组装为整体方法解决。按此划分最长构件为 ZG4，尺寸为 19.79×2.35×4.85m，单件重 56.3t。

（3）钢系梁：分段长度结合运输和架设条件，全桥系梁划分为24段，每段长度9.0～12m。每段内根据结构特点划分为系杆箱、桥面板单元、T型横梁。系杆箱单元件宽度2.2m，桥面板单元件宽度3～3.25m，T型横梁长度11.5m宽度与翼板宽度一致。按此划分最大单元件XL2a尺寸为7.2×7.8×3.25m，重量 82.9t。

节段划分完成后对每个构件进行编号，以利于构件制造及出厂管理。本次构件划分最大吨位均低于吊装工况荷载限值（吊装设备为200t履带），构件尺寸适宜，超宽超高限情况未超过制造厂至桥位的运输限制条件。

图2 分段划分

4 焊接工艺评定

焊接工艺作为钢结构制作质量控制要点，通过焊接工艺评定试验，检验按拟定的焊接工艺实施的接头焊接质量，焊接试件经检验符合《铁路钢桥制造规范》。根据焊接的方法和施焊位置，确定了24组具有代表性和针对性的接头组合进行焊接工艺评定试验，包括8组对接接头、7组全熔透角接接头、6组部分熔透角接接头及4组T型角接接头。根据不同施焊位置的焊缝和接头形式，采用焊接方法包括埋弧自动焊（SAW）、实心焊丝CO2气体保护焊（GMAW）、药芯焊丝CO2气体保护焊（FCAW）共三种焊接方法。定位焊采用CO2气体保护焊，具体的焊接材料及焊接方法见表1。

表1 选用的焊接方法及焊接材料

5 加工制造

全桥构件较多，在此对具有代表性的几种典型构件的制造过程及技术要求进行总结。

5.1 零件制造

钢板预处理生产线进行表面清理、钢板辊平，零件下料利用数控切割机进行精密下料，按工艺要求预留适当余量。对零件进行平面度和直线度矫正，火焰矫正后钢材表面无明显凹槽和损伤。U肋加工过程控制尺寸，开口误差控制在（-1，+2）以内，肢高误差控制在±1.5mm以内。坡口设在外侧，钝边尺寸按照1mm设置。零件机加工采用双面卧式和单面铣床进行，可以保证零件的制作精度。

5.2 箱型单元件制造

本项目箱型单元件包括系杆箱、箱型桥面和箱型边拱，在此以弧形箱型构件为例对制造技术进行总结。

划线：经预处理后钢板吊入胎架并画出纵向与横向基准线，以纵向基准线为基准采用多点拟合划线方式在钢板单元上划出纵肋定位线及横隔板组装定位线，通过此方式控制箱型构件弧形。

纵肋组装：按照从一端到另一端的顺序依次组装并定位焊接。T形肋在反变形胎架上焊接，保证T肋线性均匀，采用火焰矫正对板肋折点处弯曲成形。T肋两端各留15cm不焊。

切边：复测板单元轮廓与纵向基准线的实际偏差，宽边按照两边切除，长度方向一边切除，并开制坡口。

杆件槽型制作：板单元吊入校平后的组装胎架上，底板纵基线与胎架纵基线对正；隔板单元与纵向同轴，垂直度偏差≤2mm[2]。采用支撑固定保证精度，以隔板单元为内胎，将顶、底板吊入胎架内组装，检查垂直度，用千斤顶辅助调整并定位焊接。

槽装：按线组装箱内U型隔板、实腹隔板、加劲板等零构件。内部焊接完成后打磨、修正并进行无损检测，对腹板平面度和箱口尺寸等检查。

组装：将剩余一侧的箱体腹板板单元按照纵、横基线进行定位组装，固定焊接前复核开口尺寸和对角线偏差。

箱体焊接：箱型组装完成后，将构建转移至焊接胎架上，焊接箱体四道主棱角焊缝必须同向施焊，减少焊接引起的箱体扭曲变形。焊接后24h内进行焊缝外观检查和无损检测，检查探伤合格后转入校正平台采用火焰校正焊接变形[3]。

5.3 正交异性板桥面单元制造

正交异性板桥面单元由面板、U肋、板肋等组成。桥面板焊接在反变形胎架上进行，首件记录分析预变形量，作为后续构件制造依据。

板单元构件加工：①面板平铺，画出纵向U肋基准线和板中心横向基准线。②将面板转移至U肋组装台，按照定位线组装U肋，并进行定位焊固结。③将构件转移至反变形胎架平台；平台45°放置，采用自动焊接设备进行U肋一侧焊接；单侧焊接完成后，翻转平台使U肋另一侧朝上，U肋焊接施焊方向一致，两端预留5～20cm长度不焊接。④U肋焊接焊缝采用火焰矫正。⑤组拼完成后复测单元件轮廓线，以纵横基线为标准切割单元件对接坡口边。

质量控制方法：面板对接，采用火焰矫正的方式，保证整体面的平面度和直线度。U肋加工增加焊接收缩量，首件按0.5%确定，根据实际焊接后变形情况微调，经成品检查验收此预留收缩量可行。

5.4 桁架式主拱单元制造

大跨度钢管拱桥制造中，拱肋线型控制做为制造环节关键技术点。本桥主跨拱肋跨度240m，综合考虑各项限制因素，钢管拱肋构件采用侧卧式3+1连续拼装工艺，有利于对控制桥梁的线形控制、吊杆套管精度定位控制和相邻接口的匹配对接质量的控制。

构件下料：主管采用顶弯工艺制作圆弧管，弧长误差0～10mm，管材下料要留有工艺余量；采用10～12m长直缝焊管，可减少接长焊接，此方法可使拱肋线型更流畅。制造采用数控切割，确保相贯口精度。

单元制作：按照先将上弦杆和下弦杆组拼成件，后将两片管桁架组拼在一起的方式，既能保证施工精度要求，也能提高施工效率。在制作胎架按1：1放样，对拼装平台的平面度偏差要求不大于3mm，在平台上划出纵横基准线，采用多点拟合的方式放出主管定位线，腹杆和吊杆定位线同步画出。

单片桁架拼装：在胎架上放入上弦杆并与胎模固定，杆件两侧留置预留余量；下弦杆同样的方式定位。上下弦杆定位无误后进行腹杆的组拼，组拼完成整体尺寸核对无误后施焊，相贯口焊接接头采用部分熔透角焊缝，药芯焊丝CO2气体保护焊，气体流速20-25L/min。

拱肋缀板组拼：缀板为上下弦杆各两层，两层间采用对拉杆加固。对拉孔采取两块缀板叠合在一起同步取孔的方式，确保拉杆孔的同心度。按弦杆定位线依次组装一侧缀板、加劲角钢、另一侧缀板的顺序，完成缀板组装。

拱肋桁架组拼：缀板焊接完成后，吊装另外一片桁架并焊接，组拼钢管中距误差控制在3mm以内，至此一个节段桁架组拼完成。

拱肋节段连续拼装：测放地样线，胎架摆放位置避开测量点。拱肋节段侧放，调节使拱肋中面水平。按照吊装顺序连续组拼三个节段，控制组拼线型，线型控制包含预拱度位移量[4]。预拼完成后定位安装吊杆套管，完成吊装监测点安装，拼接口余量的修割，安装钢衬垫等工作。组拼顺序按拱脚至拱顶合拢段顺序进行，工厂内留置3个节段如图3所示，待第4节段预拼完成后，吊走第1节段，依次完成至合拢段的预拼装工作[5]。

图3 单片拱肋连续拼装

6 构件涂装

喷砂除锈：喷砂前外露半边缘磨成半径为2mm的圆弧倒角，喷砂磨料直径0.7～1.2mm。空气出口压力控制在0.65MPa以上，碰嘴到钢板表面距离200～300mm，喷射方向与钢板表面成60°～70°夹角。通过检查出气口压缩空气清洁度作为质量检查依据。

本桥钢结构非外露面仅采用水性冷喷锌底漆，外露面增加环氧云铁中间漆和两层改性氟碳面漆，其中最后一遍面漆在架设完成后实施。除锈后4h内进行涂装，正式涂装前做面积不小于1m2的涂装工艺试验[6]。涂装过程中采取隔热、加热和通风方式，保持漆库温度在5℃～38℃，相对湿度80%以下。现场焊缝处两边各50mm不涂装，涂装时使用湿膜卡检查湿膜厚度，干膜厚度和累计膜厚达到设计值。涂装完成后，至此构架工厂制造工序完成。

7 结语

大跨度飞燕式拱桥制造施工技术措施总结如下：①分段划分主要考虑超宽超限运输限制，其次是现场吊装能力，最后综合考虑加工厂条件限制。②全焊钢结构中焊接质量是制造过程控制重点，制造前工艺经焊接评定合格。③飞燕式钢管拱桥边拱、主拱及支座处系梁等构件结构复杂，先做好构件施工工艺设计再制造。④钢拱桥线型通过胎架基线控制和工厂预拼装工艺，可校正拱肋制造线型误差。

综上所述大跨度钢管拱桥梁通过节段划分、工艺深化设计、焊接工艺评定及组拼焊接工艺控制，再结合三维软件和试拼等措施，桥梁制造施工可顺利实施；此桥的制造工艺和质量控制措施可为类似工程提供经验参考。