楊泗港長江大橋1號主塔鋼沉井制造安裝技術

嚴俊安

摘 要：武漢楊泗港長江大橋主橋為1700m的單跨懸吊鋼桁梁懸索橋，其1#主塔基礎采用矩形帶圓倒角陸地沉井，底節鋼沉井總重約1365t，采取分節段現場長線法預制，大型履帶吊吊裝、運輸及安裝。實踐證明，鋼沉井現場制造及安裝技術能極大的降低超大超重結構陸地運輸的安全風險，保證鋼沉井的整體安裝質量。

關鍵詞：懸索橋；陸地鋼沉井；現場制造；安裝

1 工程概況

武漢楊泗港長江大橋全長約4.5公里，主橋采用懸吊跨度為465m+1700m+465m的懸索橋。漢陽側主墩1#塔設計為陸地沉井基礎，沉井頂面標高+23m，刃腳標高-15m，總高38m，其中底節8m為鋼殼混凝土沉井，其余30m為鋼筋混凝土沉井。底節鋼沉井平面尺寸為40×77.2m，內設18個小井孔，小井孔尺寸為11.2×11.2m。沉井平面為矩形結構，四角設半徑12.9m的圓倒角，總重量約1365t。鋼沉井在平面上分為24個節段，見圖1。

圖1 鋼沉井分節段劃分平面示意圖

2 鋼沉井制造、安裝總體方案

鋼沉井采取所有加勁水平環在工廠內進行數控下料，汽車運至現場使用，其余均在現場進行下料和組焊。鋼沉井四周井壁節段采用長線法半邊整體上胎架進行臥式預制總裝，中間十字隔墻節段采用短線法立式預制與現場原位拼裝相結合進行總裝。臥式拼裝節段在胎架上總裝完畢后，采用大型履帶吊機吊離胎架并轉運至空閑區域進行空中翻轉豎立，最后再吊運至指定位置進行精確定位安裝。

3 鋼沉井現場制造

3.1工藝流程

鋼沉井制造工藝流程見圖2。

圖2 鋼沉井制造工藝流程

3.2 節段制作

3.2.1 放樣、下料及單元件制作

3.2.1.1 放樣、下料

采用計算機三維放樣技術，繪制各構件零件詳圖，作為繪制下料套料圖及數控編程的依據。用計算機輔助設計，建立三維模型，對鋼沉井各構件進行準確放樣。

根據制作工藝原則，通過模型采樣拆解成單元，再將單元進一步拆解成零件。經計算機數學放樣處理，獲得零件下料的精確理論尺寸，再根據接頭加工要求和焊接收縮量確定下料加工的工藝尺寸：下料工藝尺寸=理論尺寸+焊接收縮量+加工余量。

鋼沉井的所有水平加勁環及板類加勁板均在工廠內采用等離子切割下料，角鋼及壁板鋼板在現場采用火焰切割下料。鋼板及大型零件的起吊轉運采用磁力吊具，扁鋼采用專用吊具起吊，保證鋼板及零件的平整度。

3.2.1.2 單元件制造

單元件制造時寬度每邊留10mm加工量，長度留20mm余量。拼裝定位板肋后上胎模，焊接（氣體保護焊）板肋，焊接完成后測量鋼板的寬度余量，并加工待焊坡口，火焰調正平面度。面板與板肋間焊縫采用CO2氣體保護焊，由中間肋往兩邊肋，由一頭向另一頭進行焊接。對于單個板肋焊接時，最好兩側焊縫同時施焊。

3.2.2 鋼沉井井壁節段制作

鋼沉井井壁節段的制作以井壁外壁板為建造基面，采用框架式建造法制作，即以內外壁板之間的水平加勁環為弦桿，以水平環連接角鋼為腹桿組成片狀桁架，以沉井外壁板為建造基面，將桁架片立于其上形成框架，在框架上安裝內壁板、刃角底板及踏面，從而形成井壁節段。

3.2.2.1 胎架準備

鋼沉井井壁節段制造和預拼裝均在總裝胎架上完成，沉井長邊A2→A3a→A3→A3a→A1五節段組拼胎架一個，胎架長72m×寬8m；沉井短邊A1、A2兩節段組拼胎架一個，胎架長35m×寬8m；沉井隔倉直線段組拼胎架一個，胎架長30m×寬6m，可同時進行4個直線段的拼裝。

胎架現場制作安裝完畢，經檢查驗收合格后正式投入使用。

3.2.2.2 桁架片制作

（1）在平整地面上劃出節段各桁架片地樣，包含節段隔倉中心線、桁架輪廓線及構件位置線等，安放構件并完成焊接。A1節段桁架片制作示意圖見圖3。

（2）在桁架片上劃出節段隔倉中心線。

（3）桁架片翻身，安裝其余構件，焊接后火工矯正并交付檢驗。

3.2.2.3 節段組拼

節段組拼以沉井外壁板為基面，在胎架上臥式拼裝。井壁節段組拼步驟示意圖見圖4。

（1）胎架驗收合格后，在胎架上攤板拼焊外井壁板，火工矯正后在外壁板上劃出桁架位置線、隔倉中心線等，安裝外壁板加勁角鋼，。

（2）吊裝各道桁架片，注意將桁架片對準安裝位置線，不允許出現偏差。

（3）安裝內井壁豎向加勁角鋼、內壁板，倒角壁板加勁角鋼、倒角壁板，刃角底板加勁角鋼、刃角底板，踏面及其他連接構件。

（4）吊裝隔倉直線段，嚴格控制直線段的垂度，全部裝配檢驗合格后交付焊接。

3.2.3 十字隔倉節段制作

鋼沉井十字隔倉節段制作以隔倉底板為建造基面，同樣采用框架式建造法制作，即以隔倉倒角壁板加勁水平環為弦桿，以水平環連接角鋼為腹桿組成片狀桁架，以隔倉底板為建造基面，將桁架通過連接桿件水平固定形成框架，在框架周圍安裝倒角壁板和工程直線段，從而形成十字隔倉節段。下面以A4節段為例介紹其制作技術。

3.2.3.1 胎架準備

鋼沉井十字隔倉節段組拼在立式拼裝胎架上完成。共設置拼裝胎架3套，由鋼板定位焊接而成。

3.2.3.2 桁架片及直線標準段制作

桁架片及直線標準段制作步驟與井壁節段桁架片制作步驟基本相同，桁架片在平整地面劃出地樣拼裝，直線標準段在隔倉直線段拼裝胎架上進行臥式拼裝。十字隔倉節段桁架片及直線標準段制作示意圖見圖5。

3.2.3.3 節段組拼

十字隔倉節段組拼以隔倉十字交叉區域底板為基面，在胎架上立式拼裝。十字隔倉節段立式組拼步驟示意圖見圖6。

（1）胎架檢驗合格后，在胎架上安裝隔倉十字區域底板，注意輪廓線與胎架上隔倉中心線對正；安裝直線標準段，使用鉛垂與隔倉中心線對齊。

（2）安裝倒角壁板水平加勁環，注意與直線標準段水平加勁環的連接。每層水平環安裝完成后安裝當前層的桁架片及連接桿件。重復此步驟直至十字隔倉節段頂層。

（3）安裝倒角壁板豎向加勁角鋼、倒角壁板及其他連接構件，經檢驗合格后交付焊接。

4 鋼沉井安裝

鋼沉井節段焊接完成，經檢驗合格后，采用280t履帶吊機進行節段下胎架施工和吊運、安裝施工，采用100t履帶吊機配合進行鋼沉井井壁節段翻轉作業。

4.1 節段吊裝

4.1.1 井壁節段下胎架及翻身

采用280噸履帶吊將節段吊裝到空曠位置，將鋼絲繩與翻身及下胎架吊耳固定，利用100t履帶吊配合，兩臺吊機同時緩慢提升大臂，使節段抬高離地0.5m以上，待節段平穩后，主吊機逐漸起鉤，使節段逐漸傾斜，同時調整履帶吊幅度，防止在翻身到位時節段向吊機側移動。鋼沉井井壁節段翻身過程示意圖見圖7。

4.2 總裝組拼

鋼沉井總裝組拼在1#塔沉井基礎位置原位進行。

4.2.1 總裝順序

鋼沉井吊裝總體劃分為三個階段：第一階段完成2×A1、2×A2、1×A3、3×A3a、1×A4共8個塊段的吊裝；第二階段完成1×A1、1×A2、1×A3、1×A3a、1×A4共5個塊段的吊裝，同時完成2×A4、2×A4a共4個塊段的現場組裝；第三階段完成剩余1×A1、1×A2、1×A4b、2×A5、1×A5a共6個塊段的吊裝，具體吊裝順序見圖8。

圖8 鋼沉井吊裝順序圖

4.2.2 節段微調

在吊裝首個節段的過程中鋼沉井節段兩側均要拉溜繩，在吊裝過程中要將其吊平，為沉井的落位提供保證。在節段到達測量控制點時，吊機緩慢落鉤，兩側拉緊溜繩，將節段平穩地安放在設計位置的墊塊上。

十字隔墻節段及合攏段安裝時，在已完成拼裝焊接的相鄰節段上焊接鋼板支撐，作為千斤頂和倒鏈微調時的固定端。當節段靠近預先投射的測量控制點時，兩端拉緊溜繩，保證節段平穩，吊機緩慢落鉤。安放到位后，利用導鏈及千斤頂對吊裝節段進行微調就位。

5 節段制造與組拼質量控制措施

5.1 設計措施

（1）鋼沉井各節段加勁水平環與壁板間在總裝組拼接縫兩側預留200mm不予焊接，這是裝配“自由邊”，方便總裝時調整水平環接頭兩側高差。

（2）沉井鋼混結構結合處外井壁水平環進行鉆孔處理，混凝土沉井施工時穿插鋼筋后澆筑混凝土，能可靠保證鋼混結合質量。

5.2 施工措施

（1）在節段拼裝胎架上，精確劃出桁架片定位基準線和隔倉中心線，能精確控制桁架片安裝精度。

（2）節段接頭處預留工藝余量，在與下一個節段組拼時根據實際情況切割余量，保證鋼沉井外形尺寸及外壁板垂直度的精確性。

（3）鋼沉井井壁四周A1、A2、A3類節段均在胎架上采取長線法進行制作，制作過程中能實現了結構尺寸復雜節段之間的相鄰節段預拼工作，現場組拼時按接頭標記點進行復原調整對位即可。

（4）嵌檔吊裝：嵌檔吊裝是指沉井十字節段的吊裝。沉井十字隔倉A4、A5類節段在預制過程中，通過精確測量對應的井壁四周A1、A2、A3類節段對接接頭尺寸，對該類節段幾何尺寸進行放地標嚴格控制，以達到現場組拼各節段之間的匹配性。

（5）合攏段吊裝，除采取嵌檔吊裝的方式外，我們選擇在夜間溫度最低時進行吊裝，并在該節段制作時預留切割余量，以解決總裝合攏區域誤差積累較大的問題。

（6）焊縫質量保證措施：鋼沉井焊接嚴格按照工藝評定試驗方案相關要求執行，做到焊工持證上崗，焊材復檢合格，焊接過程規范，焊縫檢測結果滿足設計要求。

6 結語

武漢楊泗港長江大橋1#塔鋼沉井于2015年5月14日完成總拼焊接、焊縫檢測合格。其幾何尺寸長度偏差-13mm，寬度偏差9mm；中心偏位順橋向4mm，橫橋向3mm；焊縫超聲波檢測一次合格率為97.7%（返修后全部合格），角焊縫磁粉探傷合格率100%，檢測結果全部合格。鋼沉井采用現場拼裝和焊接、總裝的技術，極大地降低了超大超重節段在陸地運輸的安全風險，減少節段轉運時間，同時鋼沉井的整體安裝質量也能得到可靠保證。

參考文獻

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