深港西部通道深圳湾公路大桥钢箱梁制造施工

曲振梅 邵天吉 中铁山桥集团有限公司 066205

深港西部通道深圳湾公路大桥钢箱梁制造施工

曲振梅 邵天吉 中铁山桥集团有限公司 066205

对深港西部通道深圳湾公路大桥（深圳侧）通航孔桥钢箱梁的结构特点和制造难点进行总结，介绍了钢箱梁制造中的关键工艺技术及质量保证措施。

深圳湾公路大桥；钢箱梁制造；工艺技术；质量控制

Shenzhen Bay Bridge；steel box beam construction；process technology；quality control

1、工程概况

深港西部通道深圳湾公路大桥的通航孔桥为（180+90+75）m独斜塔单索面三跨连续钢箱梁斜拉桥，主跨180m，主桥钢箱梁全长345m位于半径R=11907m凸形圆弧竖曲线上，同时边跨88.35m位于半径R=4000m的平曲线上。分14种类型共31个梁段。桥面宽38.6m，梁高4.122m（内轮廓），设2.5%双向横坡，主体结构材质为Q345-C，斜拉索销铰连接耳腹板采用厚度为80mm、材质为Q420q-E钢板。主桥设计基准年限为120年。图1为建成通车的深港西部通道深圳湾大桥，主桥全貌见图2，横断面见图3。

图1 建成通车的深港西部通道深圳湾公路大桥

图2 主桥全貌 (m)

2、钢箱梁结构特点及制造难点

（1）独斜塔单索面斜拉桥，塔墩从钢箱梁中间穿过，设计上世界领先、国内首创；塔、墩、梁属钢 — 混凝土刚性固结，该部位梁段结构特殊，受力关系复杂，是一个崭新的结构体系，制造质量要求精度高，施工控制技术难度大。

图3 钢箱梁标准断面图 m

（2）钢箱梁由角度各不相同、非对称单索面的24根斜拉索采取吊耳腹板销铰连接方式成为一整体，其中吊耳板与腹板为一个整体构件的设计，在国内斜拉桥中首次采用。

（3）钢箱梁断面尺寸大，其梁高4. 122m和桥面宽38.6m均创国内同类桥梁之最，桥梁单位长度用钢量达23.58t/m，给钢箱梁整体组焊预拼装施工及吊装运输带来难度。

（4）吊耳腹板加工及焊接施工难度大，吊耳腹板是斜拉索和钢箱梁的连接件，作为桥梁的主要传力构件，其销铰孔整体加工制造精度高，需设计专门的立体镗孔工装；吊耳纵腹板材料特殊，采用80mm厚Q420q—E钢板，焊接板厚，拘束应力大，该种规格及材质的材料在国内桥梁施工中并不常用，因此对这种钢板要进行深入的研究和特殊的焊接试验及特别施工，保证其焊接接头的质量。

（5）钢箱梁合拢段采用无余量合拢，即合拢段未留工地安装配切量，架设对梁段制造精度要求高；施工过程中梁段实际压缩量、空间线形补偿量与设计理论计算上会存在一定偏差，这对通过控制梁段几何尺寸来保证梁段间连接带来较大难度。

3、钢箱梁制造关键工艺

限于篇幅，本文仅针对钢箱梁平曲线特点的制造技术作重点介绍。对于上述制造难点分析中的其它问题，在施工中所采取的技术方案、工艺措施不再详述。

3.1 梁段立体放样

本桥边跨设计有88.35m钢箱梁处于半径R=11907m竖曲线和半径R=4000m平曲线的综合桥梁线形上，而在设计图纸中仅给出各梁段按设计里程的基准温度下的水平投影长度，并对梁段长度进行了标准化，而在实际制作过程中必须知道梁段长度的实际制造尺寸，一般情况下，梁段长度的制造尺寸=设计尺寸+空间补偿量+纵向挤压收缩量+焊接收缩量-焊接间隙量，经放样和计算分析，梁段顶板单元的制造长度在制造时应考虑6mm的空间补偿量，底板单元的制造长度则不受空间补偿量的影响，吊耳腹板和边纵腹板在制造时的上边缘尺寸应比下边缘尺寸长6mm。

3.2 顶、底板单元、斜底板单元制造工艺

3.2.1 板单元划分

综合考虑供料、运输及批量生产等因素，将每个梁段划分为若干板单元，尽量避免或减少零散部件参与钢箱梁组装。由于平曲线原因，与普通梁段相比，该平曲线梁段中的顶板单元、底板单元、斜底板单元及部分边纵腹板单元长度均不相同，同时沿桥梁纵中线无对称关系，因此需要优化工艺方案，降低制造难度。以下以顶板单元为例加以介绍。

3.2.2 预留配切余量

顶板单元是由钢板和U形加劲肋组成，其中钢板形状为直角梯形，直角梯形高即为钢板的宽度，直角梯形的下底和上底是钢板的长边和短边，为了保证梁段整体拼装焊接后端部顶板和底板边缘的直线度，板单元在制造时把直角梯形的直边定为基准端，直角梯形的斜边加工艺配切余量，以基准端为画线定位基准组装U形加劲肋，同理在梁段整体拼装时仍以该基准端为定位端，待梁段焊接、修整后统一配切顶、底板预留余量端。

3.2.3 顶板单元U形肋钻孔

由于平曲线原因，为了保证梁段间顶板U形肋拼接板上孔群间距在规范范围内并使其标准化，每块顶板单元上的4根U形肋长度各不相同，且长度尺寸数值相差有规律均为3mm，如图5所示顶板单元上的U形肋长度依次为11940mm、11943mm、11946mm、11949mm，即每根U形肋两端螺栓孔群间距也是依次相差3mm。

以往普通U形肋螺栓孔制作是用专门U形肋旋转钻孔胎钻制，以保证每根U形肋孔径、孔间距及4组孔群间相对尺寸关系的准确性，而专门U形肋旋转钻孔胎仅有几组固定孔群间距的钻孔样板，对于这种孔群间距尺寸之差小且种类多的U形肋无法通用。根据U形肋旋转钻孔胎的设计原理：U形肋一端顶紧胎具基准端→卡具固定→旋转至平位→两端同时钻孔→旋转至另一侧平位→两端同时钻孔。可以看出，增加两端螺栓孔群间距的种类是胎具适用于更多种长度类型U形肋的关键。因此，从这一点出发，结合板单元U形肋长度特点，对该U形肋旋转钻孔胎具进行重新优化设计，在胎具基准端增设δ=3mm厚工艺调整垫，把板单元上最长的U形肋两端孔群间距L定为胎具固定的钻孔样板间距，那么其它三根U形肋两端孔群间距即依次为L-δ、L-2δ、L-3δ，通过在胎具定位端依次添加工艺调整垫δ、2δ、3δ来实现其它长度U形肋螺栓孔的钻制。下面以两端孔群间距尺寸为L-δ的U形肋为例来说明优化设计后旋转钻孔胎使用方法，其胎具使用简易图见图5，钻孔工艺流程见图6。

图5 胎具使用简易图

3.2.4 顶板单元组装焊接及修整

（1）顶板单元U形肋组装采用高精度无码组装胎配合画线定位，组装胎设有钢板、U形肋螺栓孔定位装置和纵、横基线，组装时有坡口的基准头和胎型横、纵定位挡靠严。将纵、横基线返到顶板上，并打上样冲眼。注意4根不同长度U形肋组装位置的次序，重点保证U形肋的位置精度。

图4 顶板单元构造图 mm

图6 钻孔工艺流程

（2）顶板单元U形肋焊接考虑U形肋坡口角焊缝的焊接角变形和其对预设拱度的影响。

（3）在专用组装胎内组装横隔板接板，接板位置靠胎型自动定位，减少人为因素造成的误差。

3.3 梁段制造

3.3.1 整体组焊预拼装

板单元及零部件制造完成后，进行多梁段连续匹配组焊和预拼装并一次完成。组装采用正装法，以胎架为外胎，以横纵隔板为内胎，各板单元按纵、横基线就位，辅以加固设施确保精度和安全。梁段组装按工艺顺序，以立体阶梯形逐段推进方式，实现连续组装、焊接和预拼装。

3.3.2 平曲线线形控制

平曲线钢箱梁整体预拼装方案是用各梁段纵中线长度拟合成半径R=4000m的平曲线，由于钢箱梁断面成中心对称，只要控制梁段纵向中心线符合设计平曲线线形即可，因此每个梁段的中心底板定位尤为重要。如图8所示，在第一块中心底板定位前，从基准端坡口处精确返出测量检查线，令第一块中心底板纵中线与胎架测量塔纵向中心线重合，并通过码板与胎架点焊刚性固定，第二块中心底板定位时控制纵向距离L1、两端测量检查线与板单元纵中线交点的横向偏移量值a、b，初定位完成后再用已知偏角β和距离L2进行校核，如有误差需重新调整至符合线形，同理依次定位其它中心底板单元。中心底板完成定位后，依次向两边组焊其它的底板单元。

图7 平曲线线形控制示意

4、质量控制措施

4.1 原材料质量

（1）对80mm厚的Q420q-E钢板进行Z向拉伸试验，钢板S含量和Z向断面收缩率均满足GB5313中的最高标准Z35级，且Z向拉伸断面收缩率高达73%，表明该钢板的抗层状撕裂性能优异。

（2）对该80mm厚的Q420qE钢板还进行焰切工艺评定试验，从材料进厂和下料加工方面加强控制。

4.2 焊接质量

（1）焊接工艺评定是制定焊接工艺的前提条件，根据钢箱梁的结构特点、接头形式和板厚及材质组合，选择典型的焊缝，共进行了43种接头形式的焊接试验。

（2）焊接工艺规程不但确定了焊接方法、焊接设备、焊接材料、坡口形式、焊接参数，同时制定了有利于控制焊接变形的焊接顺序、焊接方向等工艺措施。

（3）严格执行焊工管理制度、焊材发放制度、工艺管理制度、焊缝检验制度等各种与焊接有关的规章制度。

（4）对不同焊接部位采用不同的检验手段。按无损检验工艺要求分别采用了超声波探伤、X射线探伤、磁粉探伤对不同焊缝检测。

通过以上措施和手段，有效地保证了钢箱梁的焊接质量。

4.3 几何尺寸精度控制

（1）完善的工艺方案和完备的工艺装备，是保证制造精度的基本支持条件。钢箱梁制造之前，根据工艺方案确定了拟投入钢箱梁生产的工艺装备，设计的各类工装。

（2）在钢箱梁的制作过程中，采用预留收缩量、焊接弹性马板、预置反变形、调整焊接顺序和焊接方向等措施，有效地控制了焊接变形，确保了几何精度。

5、结 语

（1）深港西部通道深圳湾公路大桥的通航孔桥钢箱梁通过了成桥静、动荷载试验，并已于2007年7月1日竣工通车。

（2）通过该桥钢箱梁制造的工程实践，在介绍钢箱梁制造的关键工艺技术和质量保证措施过程中，尤其着重阐述了国内斜拉桥中不多见的平曲线钢箱梁制造的工艺技术，有参考价值。

Steel Box Girder Erection method of Shenzhen Bay High way Bridge, Hong Kong-Shenzhen West Corridor

Qu Zhenmei Shao Tianji
China Railway Shanhaiguan Bridge Group Co.,，Ltd.Qin Huangdao，Hebei Province，066205

The paper summed up the structure features and

construction difficulties of steel box beam in navigationhole section of Shenzhen Bay Bridge, Hong Kong-Shenzhen Western Corridor on the side of Shenzhen city, and then introduced the key process technologies and relevant quality control measures in constructing steel box beams.

曲振梅，男，1963年4月出生，工程师，1985年毕业于大连铁道学院机械制造专业，工学学士；

邵天吉，男，1975年11月出生，高级工程师。