浅议复杂地形条件下钢箱梁现场吊装与焊接技术

闫生平

【摘要】结合昆明市福海立交桥钢箱梁现场吊装与焊接工程施工，通过在复杂地形条件下，采用开发模拟钢箱梁设计线型、准确下料及抛高量计算的软件，把仰焊变为平焊、箱外焊变为箱内焊的焊接技术及500t履带吊现场吊装250t钢箱梁的关键技术，对既有线施工配套设备和工装技术再创新应用，采用人工防静电隧道，在工程实践中完善跨越公路、铁路的施工工艺，具有广泛的推广价值。

【关键词】钢箱梁 软件 吊装 焊接 既有线 人工防静电隧道

1工程概况

昆明市主城二环快速系统改扩建工程福海立交，包括成昆铁路桥改造工程（新建4-13m框架桥），新建三座匝道桥（FH1匝道610m，FH2匝道1470m，FH3匝道382.88m），沪昆铁路临时便线工程，福海立交改扩建工程范围内气象路、南二环地面道路工程。三个匝道三次跨越沪昆铁路，一次同时跨越沪昆铁路和南过境高架桥，跨越部分均采用带曲线的简支钢结构连续梁，共计4联，最大跨度127米，最小曲线半径65米，跨越最大高度18米，钢箱梁总重量2800T，箱梁结构型式为单箱三室，厂内分节段制作，现场拼装焊接。

2主要关键技术

2.1钢箱梁焊接技术

在国内首次采用曲线半径65米单跨47米的钢结构连续梁技术。通过施工工艺的改进，在焊接方式上把仰焊变为平焊、箱外焊变为箱内涵的技术，实现焊接质量一次合格率提高到99%以上。

2.2钢箱梁放样、下料和抛高量计算技术

开发出模拟钢箱梁设计线型、准确下料及抛高量计算的CRGG-1和CRGG-2软件，实现电算放样代替人工放样，提高放样、下料和抛高量计算的准确率。

2.3钢箱梁吊装工艺技术

同时跨越铁路、公路时，并受现场特殊条件的限制，在国内首次采用500t履带吊现场吊装250t钢箱梁的技术，实现钢箱梁准确、安全的吊装。

3关键技术

3.1钢箱梁制作技术

（1）钢箱梁分节制作、运输、焊接的制约因素：1）分节时每块钢梁不得小于12米，吊装的最大安全重量为250吨；2）沿途运输路况复杂，运输宽度不宜大于8米，最长不超过15米；3）制作过程中，为了减少焊接应力过度集中，顶、底板与腹板之间的焊缝与顶、底板对接焊缝距离不小于250mm。

钢箱梁段体积庞大，结构复杂，焊缝较多，为控制箱体结构焊接变形，保证产品整体质量，箱梁制造采用“板→板块单元→板单元→梁段→预拼装→桥位焊接”方式生产。

（2）由于工程所处地理位置需要，梁段由工厂至桥址只能采用公路运输，因此限制运输宽度在8米以内且质量不超过60t，加之钢箱梁安装架设时不阻断交通的要求，钢箱梁制作时要在设计分段的基础上进一步划分，采用先横向再纵向的分段方案。

3.2钢箱梁焊接技术

3.2.1钢箱梁厂内仰焊变平焊技术

厂内焊接时，将制作反胎架线型与顶板翻身的线形一致，将顶板定位在反胎上，再将腹板隔板依次定位、施焊，最后将反胎上的箱体整体翻身扣在胎架上定位好的底板上，板材翻转进行焊接，焊接完成后再翻转过来进行拼装平焊。

3.2.2钢箱梁现场拼装箱外焊变箱内焊技术

钢箱梁现场拼装焊接为全焊透对接焊，腹板、底板对接焊均采用箱内焊接、箱外贴陶质垫片的方法，即单面焊接双面成形。沿着整个钢箱梁的焊缝外侧一圈，贴上高晶硅陶瓷衬垫，采用自动单面焊双面成型工艺，将所有的仰焊、箱外焊全部取消，操作人员只在桥面上和钢箱内部进行作业。

3.3钢箱梁放样、下料和抛高量计算技术

由于钢箱梁空间线形复杂，具有弯、坡、斜、扭的结构特点，因此必须在确定制作工艺方案、钢板提料、下料、单元构件制作和梁段总拼等工作之前的技术准备中，对其空间线形进行详细的施工放样。

3.3.1钢箱梁模型建立

桥梁曲线线型是最终通车后具有承载汽车荷载的桥型。对不同的工况，曲线线型不同，并且曲线线型不是一个简单的二次抛物线或者是圆曲线，而是根据不同纵、横向坡度形成的不规则曲线，以腹板、横隔板作为依据，在CAD、takla3.0上建立三维立体模型后，根据自行开发的CRGG-1软件，输入不同受力情况下箱梁的曲线线型变化，最后模拟出，当每个节段预留出多少抛高量时，通车后的曲线最逼近设计曲线的线型，并且一次生成胎膜模型，将问题通过软件得以解决。

3.3.2钢箱梁下料

在CAD上建立的模型上任意取出一个节段，并将这个节段的八个坐标控制点和桥型的不同超高量、坡度、纵横向排水坡的参数，输入CRGG-2软件，先分析出这个节段的桥的曲线形状，然后根据所购买的板材的尺寸进行再一次细化和分割拼板的数据，输入软件，调整几次后达到最合理的一种拼接方式，最后按表格形式自动输出具体的下料尺寸，在立体图上标识出每一个下料块的具体位置。

3.4钢箱梁现场吊装技术

3.4.1施工现场概述

难度最大的FH2匝道上有2联连续钢箱梁，桥跨布置为37m+45m+37m（定为2号桥，为连续钢箱梁）、53.129m（定为3号桥，为简支钢箱梁）。FH2匝道自既有福海立交北侧南二环高架引出后，以R=95m的半径由西转向北，上跨既有沪昆铁路（相应沪昆铁路里程DK2640+620），上跨铁路采用53.129m钢箱梁，然后匝道转向南，并与船房道口东侧位置再次上跨沪昆铁路（相应沪昆铁路里程DK2640+880），上跨铁路及南二环采用37+45+37连续钢箱梁，然后转向东，于既有南二环高架南侧西向东下匝道落地前终止，匝道桥全长845m，宽度9m，共有一个桥台，37个桥墩柱。

连续钢箱梁起始桩号为：24#，经过25#、26#，终止于27#，由24号至25号墩上跨铁路，25号墩至26墩上跨南过境高架。铁路轨顶标高：1889.68（37+45+37米）；跨铁路桥顶设计标高最低为：1907.405，由1907.405-3.2-1889.68=14.525得钢梁离轨顶高度为：14.525米，总跨越铁路长度为14.8米。跨越铁路支架搭设要求为：（1）最低净空高度：9.0米；（2）最小净空宽度：10米。

FH2匝道第一次跨越沪昆铁路，采取三节段整体吊装，总重250t，长度为47.1m，在现场拼装焊接后，一次吊装到位。

3.4.2设备选型

吊装设备具体技术参数为：履带触地面积为12.5m×1.25m，最大起重重量为500t，机身配重0—400t，在吊装负载的情况下，可前后自行移动，整机可在履带间的连接轴上进行5°以内的转动，臂长可在现场进行连接伸缩，最大长度可达60m，全部采用2.5m的标准节进行连接成型，前后臂之间通过钢丝绳的作用使吊臂起落，在垂直面上调整起吊高度。全机采用全智能电脑操控。

3.4.3吊装场地准备

（1）对500t履带吊车吊机位置处、吊车行走路面地基处理要求：1）地基的最小处理范围分别为12米×12米。2）地面承载能力不小于30t/m2，在吊装和行走时必须铺设路基板。3）吊车履带路基板所压及范围内地面结实平整，不应有局部地面凹凸现象存在，以保证履带吊车路基板均匀受力，确保安全。4）当500t履带吊空载，设备走行时地面允许有±1°的倾斜度，当吊机负载设备行走时地面允许有±0.5°的倾斜度，地面过渡必须自然，不得有梯度。

（2）履带吊车的组车、组杆场地要求。

500t履带吊车组杆方向上自吊车回转中心起20米范围内要求无障碍物，地面结实平整，满足吊车组杆时中小型配合吊车的行走和作业条件。500t吊车超级配重15.5米回转半径范围内不得有设备基础、建筑物等障碍物。

3.4.4人工防静电隧道搭设

人工隧道支架的主要功能是阻止钢箱梁上方的施工坠物，同时为部分施工人员提供操作平台，人工隧道支架搭设方式是在铁路两边搭设3排脚手架，中间用I20的工字钢平铺，工字钢长度13米，铺设间距1米，工字钢上边用50mm木板满铺，并在需焊接地方铺设4mm厚石棉垫，防止焊渣坠落、着火，下面挂设防电板，对接触网进行全面保护。

3.4.52号桥吊装方案

根据现场条件，将箱梁分成了11段吊装（11.5+14+6.5+10+10.47+14+10.4+10+6.5+14+11.5m），如附图所示。决定采用两种不同吊装机具完成此次吊装工作，即：钢箱梁各节段采用500t履带吊车进行节段的吊装。

3.4.6吊装顺序

总体吊装顺序为：1+2+3段→4+5段→6+7+8段→9+10+11段。

3.4.7施工支架设计

3.4.8吊装过程

钢箱梁现场整体吊装

3.4.9正式吊装

在现场做完地质勘察后，对地基进行相应的处理满足起吊条件FH2匝道的第一次跨越沪昆铁路，采取三节段整体吊装，总重250t，长度为47.1m，履带机首先在现场进行拼装，然后进行起臂，依靠自身的旋转，基本对准所掉节段钢箱梁的中心线位置，再将吊钩放下，把钢绳固定在钢箱梁的各个吊点上，这时吊钩的中心线与钢箱梁的重心基本在同一位置，然后试起吊，试验钢箱梁是否处于平衡且底面是否基本处于水平状态，再进行调整。

试吊完毕后，正式起吊，调整吊臂的角度与吊绳的高度，使箱梁底部高出吊装位置2.0m，吊机向前行走基本到位后放下钢绳，将箱梁放至距支架0.5m左右。箱梁两端操作平台上的人员将箱梁初步固定，没有大的摆动。

3.4.10落梁就位

对位人员认真核对箱梁的轴线，并且与吊机司机保持通信。吊机司机根据对位人员发出的信号，通过前后移动吊机，微微旋转吊臂，起放吊绳等动作，使箱梁对位精确度控制在50mm的误差以内。再放下吊绳，使箱梁底部与支架支座最小一个点的位置相距30mm时，再一次调整吊机，使箱梁位置的精确度控制在30mm以内。此时才放下箱梁。如果误差大于15mm，则需对起钩重新调整，直至所有误差最大不超过15mm。方可完全落钩，落钩后根据误差，采用千斤顶和人工配合将箱梁进行调整。使误差最大不超过5mm，方可进行最终固定并实施焊接。

分段吊装落位时，应尽量对齐中心线及前后位置坐标。使用螺旋扣及千斤顶调整分段的前后位置、高程坐标、使之与设计坐标相符，合拢口间隙应符合规范标准。将上述调整好的分段施定位焊或定位码固定，施定位码前要调整对接口，使之平齐，不能错位，安装引弧试板。上述工作完成后，进行装配报检，合格后方可进行下道工序。

4结语

本工程所处位置为既有沪昆铁路和南二环过境道路之间，场地十分狭窄，交通非常繁忙，施工干扰因素相当多。施工期间，未发生一起人身、施工安全事故。钢结构连续梁同时跨越沪昆铁路和既有南二环过境高架桥，结构设计和制作加工、架设难度大，其技术水平处于国内领先地位。本工程的成功实施为以后在复杂环境下改扩建工程施工积累了丰富的经验。

参考文献：

[1]钢结构设计规范GB50017-2003.中华人民共和国建设部，2003年.

[2]钢结构施工质量验收规范GB50205-2002.中华人民共和国建设部，2002年.

[3]刘吉士，阎洪河，李文琪.公路桥涵施工技术规范实施手册.人民交通出版社，2002年.