淺議復雜地形條件下鋼箱梁現場吊裝與焊接技術

閆生平

【摘要】結合昆明市福海立交橋鋼箱梁現場吊裝與焊接工程施工，通過在復雜地形條件下，采用開發模擬鋼箱梁設計線型、準確下料及拋高量計算的軟件，把仰焊變為平焊、箱外焊變為箱內焊的焊接技術及500t履帶吊現場吊裝250t鋼箱梁的關鍵技術，對既有線施工配套設備和工裝技術再創新應用，采用人工防靜電隧道，在工程實踐中完善跨越公路、鐵路的施工工藝，具有廣泛的推廣價值。

【關鍵詞】鋼箱梁 軟件 吊裝 焊接 既有線 人工防靜電隧道

1工程概況

昆明市主城二環快速系統改擴建工程福海立交，包括成昆鐵路橋改造工程（新建4-13m框架橋），新建三座匝道橋（FH1匝道610m，FH2匝道1470m，FH3匝道382.88m），滬昆鐵路臨時便線工程，福海立交改擴建工程范圍內氣象路、南二環地面道路工程。三個匝道三次跨越滬昆鐵路，一次同時跨越滬昆鐵路和南過境高架橋，跨越部分均采用帶曲線的簡支鋼結構連續梁，共計4聯，最大跨度127米，最小曲線半徑65米，跨越最大高度18米，鋼箱梁總重量2800T，箱梁結構型式為單箱三室，廠內分節段制作，現場拼裝焊接。

2主要關鍵技術

2.1鋼箱梁焊接技術

在國內首次采用曲線半徑65米單跨47米的鋼結構連續梁技術。通過施工工藝的改進，在焊接方式上把仰焊變為平焊、箱外焊變為箱內涵的技術，實現焊接質量一次合格率提高到99%以上。

2.2鋼箱梁放樣、下料和拋高量計算技術

開發出模擬鋼箱梁設計線型、準確下料及拋高量計算的CRGG-1和CRGG-2軟件，實現電算放樣代替人工放樣，提高放樣、下料和拋高量計算的準確率。

2.3鋼箱梁吊裝工藝技術

同時跨越鐵路、公路時，并受現場特殊條件的限制，在國內首次采用500t履帶吊現場吊裝250t鋼箱梁的技術，實現鋼箱梁準確、安全的吊裝。

3關鍵技術

3.1鋼箱梁制作技術

（1）鋼箱梁分節制作、運輸、焊接的制約因素：1）分節時每塊鋼梁不得小于12米，吊裝的最大安全重量為250噸；2）沿途運輸路況復雜，運輸寬度不宜大于8米，最長不超過15米；3）制作過程中，為了減少焊接應力過度集中，頂、底板與腹板之間的焊縫與頂、底板對接焊縫距離不小于250mm。

鋼箱梁段體積龐大，結構復雜，焊縫較多，為控制箱體結構焊接變形，保證產品整體質量，箱梁制造采用“板→板塊單元→板單元→梁段→預拼裝→橋位焊接”方式生產。

（2）由于工程所處地理位置需要，梁段由工廠至橋址只能采用公路運輸，因此限制運輸寬度在8米以內且質量不超過60t，加之鋼箱梁安裝架設時不阻斷交通的要求，鋼箱梁制作時要在設計分段的基礎上進一步劃分，采用先橫向再縱向的分段方案。

3.2鋼箱梁焊接技術

3.2.1鋼箱梁廠內仰焊變平焊技術

廠內焊接時，將制作反胎架線型與頂板翻身的線形一致，將頂板定位在反胎上，再將腹板隔板依次定位、施焊，最后將反胎上的箱體整體翻身扣在胎架上定位好的底板上，板材翻轉進行焊接，焊接完成后再翻轉過來進行拼裝平焊。

3.2.2鋼箱梁現場拼裝箱外焊變箱內焊技術

鋼箱梁現場拼裝焊接為全焊透對接焊，腹板、底板對接焊均采用箱內焊接、箱外貼陶質墊片的方法，即單面焊接雙面成形。沿著整個鋼箱梁的焊縫外側一圈，貼上高晶硅陶瓷襯墊，采用自動單面焊雙面成型工藝，將所有的仰焊、箱外焊全部取消，操作人員只在橋面上和鋼箱內部進行作業。

3.3鋼箱梁放樣、下料和拋高量計算技術

由于鋼箱梁空間線形復雜，具有彎、坡、斜、扭的結構特點，因此必須在確定制作工藝方案、鋼板提料、下料、單元構件制作和梁段總拼等工作之前的技術準備中，對其空間線形進行詳細的施工放樣。

3.3.1鋼箱梁模型建立

橋梁曲線線型是最終通車后具有承載汽車荷載的橋型。對不同的工況，曲線線型不同，并且曲線線型不是一個簡單的二次拋物線或者是圓曲線，而是根據不同縱、橫向坡度形成的不規則曲線，以腹板、橫隔板作為依據，在CAD、takla3.0上建立三維立體模型后，根據自行開發的CRGG-1軟件，輸入不同受力情況下箱梁的曲線線型變化，最后模擬出，當每個節段預留出多少拋高量時，通車后的曲線最逼近設計曲線的線型，并且一次生成胎膜模型，將問題通過軟件得以解決。

3.3.2鋼箱梁下料

在CAD上建立的模型上任意取出一個節段，并將這個節段的八個坐標控制點和橋型的不同超高量、坡度、縱橫向排水坡的參數，輸入CRGG-2軟件，先分析出這個節段的橋的曲線形狀，然后根據所購買的板材的尺寸進行再一次細化和分割拼板的數據，輸入軟件，調整幾次后達到最合理的一種拼接方式，最后按表格形式自動輸出具體的下料尺寸，在立體圖上標識出每一個下料塊的具體位置。

3.4鋼箱梁現場吊裝技術

3.4.1施工現場概述

難度最大的FH2匝道上有2聯連續鋼箱梁，橋跨布置為37m+45m+37m（定為2號橋，為連續鋼箱梁）、53.129m（定為3號橋，為簡支鋼箱梁）。FH2匝道自既有福海立交北側南二環高架引出后，以R=95m的半徑由西轉向北，上跨既有滬昆鐵路（相應滬昆鐵路里程DK2640+620），上跨鐵路采用53.129m鋼箱梁，然后匝道轉向南，并與船房道口東側位置再次上跨滬昆鐵路（相應滬昆鐵路里程DK2640+880），上跨鐵路及南二環采用37+45+37連續鋼箱梁，然后轉向東，于既有南二環高架南側西向東下匝道落地前終止，匝道橋全長845m，寬度9m，共有一個橋臺，37個橋墩柱。

連續鋼箱梁起始樁號為：24#，經過25#、26#，終止于27#，由24號至25號墩上跨鐵路，25號墩至26墩上跨南過境高架。鐵路軌頂標高：1889.68（37+45+37米）；跨鐵路橋頂設計標高最低為：1907.405，由1907.405-3.2-1889.68=14.525得鋼梁離軌頂高度為：14.525米，總跨越鐵路長度為14.8米。跨越鐵路支架搭設要求為：（1）最低凈空高度：9.0米；（2）最小凈空寬度：10米。

FH2匝道第一次跨越滬昆鐵路，采取三節段整體吊裝，總重250t，長度為47.1m，在現場拼裝焊接后，一次吊裝到位。

3.4.2設備選型

吊裝設備具體技術參數為：履帶觸地面積為12.5m×1.25m，最大起重重量為500t，機身配重0—400t，在吊裝負載的情況下，可前后自行移動，整機可在履帶間的連接軸上進行5°以內的轉動，臂長可在現場進行連接伸縮，最大長度可達60m，全部采用2.5m的標準節進行連接成型，前后臂之間通過鋼絲繩的作用使吊臂起落，在垂直面上調整起吊高度。全機采用全智能電腦操控。

3.4.3吊裝場地準備

（1）對500t履帶吊車吊機位置處、吊車行走路面地基處理要求：1）地基的最小處理范圍分別為12米×12米。2）地面承載能力不小于30t/m2，在吊裝和行走時必須鋪設路基板。3）吊車履帶路基板所壓及范圍內地面結實平整，不應有局部地面凹凸現象存在，以保證履帶吊車路基板均勻受力，確保安全。4）當500t履帶吊空載，設備走行時地面允許有±1°的傾斜度，當吊機負載設備行走時地面允許有±0.5°的傾斜度，地面過渡必須自然，不得有梯度。

（2）履帶吊車的組車、組桿場地要求。

500t履帶吊車組桿方向上自吊車回轉中心起20米范圍內要求無障礙物，地面結實平整，滿足吊車組桿時中小型配合吊車的行走和作業條件。500t吊車超級配重15.5米回轉半徑范圍內不得有設備基礎、建筑物等障礙物。

3.4.4人工防靜電隧道搭設

人工隧道支架的主要功能是阻止鋼箱梁上方的施工墜物，同時為部分施工人員提供操作平臺，人工隧道支架搭設方式是在鐵路兩邊搭設3排腳手架，中間用I20的工字鋼平鋪，工字鋼長度13米，鋪設間距1米，工字鋼上邊用50mm木板滿鋪，并在需焊接地方鋪設4mm厚石棉墊，防止焊渣墜落、著火，下面掛設防電板，對接觸網進行全面保護。

3.4.52號橋吊裝方案

根據現場條件，將箱梁分成了11段吊裝（11.5+14+6.5+10+10.47+14+10.4+10+6.5+14+11.5m），如附圖所示。決定采用兩種不同吊裝機具完成此次吊裝工作，即：鋼箱梁各節段采用500t履帶吊車進行節段的吊裝。

3.4.6吊裝順序

總體吊裝順序為：1+2+3段→4+5段→6+7+8段→9+10+11段。

3.4.7施工支架設計

3.4.8吊裝過程

鋼箱梁現場整體吊裝

3.4.9正式吊裝

在現場做完地質勘察后，對地基進行相應的處理滿足起吊條件FH2匝道的第一次跨越滬昆鐵路，采取三節段整體吊裝，總重250t，長度為47.1m，履帶機首先在現場進行拼裝，然后進行起臂，依靠自身的旋轉，基本對準所掉節段鋼箱梁的中心線位置，再將吊鉤放下，把鋼繩固定在鋼箱梁的各個吊點上，這時吊鉤的中心線與鋼箱梁的重心基本在同一位置，然后試起吊，試驗鋼箱梁是否處于平衡且底面是否基本處于水平狀態，再進行調整。

試吊完畢后，正式起吊，調整吊臂的角度與吊繩的高度，使箱梁底部高出吊裝位置2.0m，吊機向前行走基本到位后放下鋼繩，將箱梁放至距支架0.5m左右。箱梁兩端操作平臺上的人員將箱梁初步固定，沒有大的擺動。

3.4.10落梁就位

對位人員認真核對箱梁的軸線，并且與吊機司機保持通信。吊機司機根據對位人員發出的信號，通過前后移動吊機，微微旋轉吊臂，起放吊繩等動作，使箱梁對位精確度控制在50mm的誤差以內。再放下吊繩，使箱梁底部與支架支座最小一個點的位置相距30mm時，再一次調整吊機，使箱梁位置的精確度控制在30mm以內。此時才放下箱梁。如果誤差大于15mm，則需對起鉤重新調整，直至所有誤差最大不超過15mm。方可完全落鉤，落鉤后根據誤差，采用千斤頂和人工配合將箱梁進行調整。使誤差最大不超過5mm，方可進行最終固定并實施焊接。

分段吊裝落位時，應盡量對齊中心線及前后位置坐標。使用螺旋扣及千斤頂調整分段的前后位置、高程坐標、使之與設計坐標相符，合攏口間隙應符合規范標準。將上述調整好的分段施定位焊或定位碼固定，施定位碼前要調整對接口，使之平齊，不能錯位，安裝引弧試板。上述工作完成后，進行裝配報檢，合格后方可進行下道工序。

4結語

本工程所處位置為既有滬昆鐵路和南二環過境道路之間，場地十分狹窄，交通非常繁忙，施工干擾因素相當多。施工期間，未發生一起人身、施工安全事故。鋼結構連續梁同時跨越滬昆鐵路和既有南二環過境高架橋，結構設計和制作加工、架設難度大，其技術水平處于國內領先地位。本工程的成功實施為以后在復雜環境下改擴建工程施工積累了豐富的經驗。

參考文獻：

[1]鋼結構設計規范GB50017-2003.中華人民共和國建設部，2003年.

[2]鋼結構施工質量驗收規范GB50205-2002.中華人民共和國建設部，2002年.

[3]劉吉士，閻洪河，李文琪.公路橋涵施工技術規范實施手冊.人民交通出版社，2002年.