钢圆筒振沉设备钢结构建造工艺

徐 恒

中交二航局结构工程有限公司，湖北 武汉 430416

1 钢圆筒振沉设备概述

近年来，大直径钢圆筒以其独特的优势被广泛运用于跨海大桥、人工岛、航道治理和海堤护岸等工程，钢圆筒振沉设备作为关键设备被用于大直径钢圆筒的振沉安装。该类设备单台总重接近1000t，直径超过28m，主要由吊架、共振梁、振动锤组设备三大部分组成。吊架由轴心、横梁、围梁、吊耳、花纹板平台及其他附属舾装件构成；共振梁由振动梁、联系梁、齿轮箱座及中间轴轴承座等构成。

2 钢圆筒振沉设备钢结构建造流程

钢圆筒振沉设备钢结构建造流程包括吊架钢结构建造、共振梁钢结构建造，以及12套APE600型液压同步共振锤组设备的安装调试。

3 吊架钢结构建造

3.1 吊架制作要求

（1）下料要求：全部采用数控切割下料，对切割边缘进行打磨处理，确保光滑平整，无裂纹、缺口等，下料尺寸偏差大于5mm的需进行二次切割修正或放弃使用。

（2）装配要求：横梁和围梁的工字钢装配需在定位焊后每隔500mm加1个斜支撑，确保装配精度。

（3）焊接要求：吊架焊接扭曲变形的控制是关键，角焊缝的施焊采用双数焊工同时从中间向两边对称施焊或采用半自动化角焊机对称同步焊接。

（4）焊后要求：焊后及时处理焊缝外观成型，焊后检验合格后，测量直线度，火工调直，退火消除应力。

3.2 吊架组装要求

（1）轴心定位。按图纸画出地样线，确保地样线定位尺寸与图纸的误差在±1mm以内，吊架轴心定位时其轴心中心点需与地样中心点重合，定位精度检验可采用铅锤法。轴心共12个面，地样12根主梁中心线分别与12个面的中心线对齐。

（2）吊架主梁安装。将吊架主梁中心线与地样线对齐，并用线锤进行检验，报验合格后进行点焊固定，主梁安装需要使用全站仪检测主梁的角度及各主梁之间的间距（误差范围：间距±2mm，角度±0.25°）。

（3）吊架吊耳安装。将主梁或法兰连接板直接与吊耳进行焊接，焊接完成后一并校火调平，然后整体安装于主梁上，全站仪检验位置检验合格后，焊接法兰连接板与主梁，焊后用全站仪再次检测角度及各主梁之间的间距（误差范围：间距±2mm，角度±0.25°，12个吊耳下面的孔心高必须一致）。

（4）吊架围梁安装。画出吊耳两边围梁安装的定位线，检验合格后安装围梁，围梁全部安装完成后再次测量吊架吊耳是否有移位（误差范围：间距±2mm，角度±0.25°，吊耳与振动锤组连接销孔高度差为0mm）。吊耳与围梁的焊接需安排双数焊工进行对称施焊，避免焊接过程中因焊接收缩影响整体尺寸，焊后需最后复查一次吊耳位置数据（误差范围：间距±2mm，角度±0.25°，吊耳与振动锤组连接销孔高度差为0mm）。

（5）A字架及其他舾装件的安装。A字架、舾装件安装前，轴心、主梁、吊耳、围梁等连接焊缝要全部完工。

3.3 吊架组装流程

吊架组装流程如下：吊架轴心安装定位→主梁安装定位→吊耳安装定位→围梁安装定位→焊接完工报验→A字型平台安装→油管等附属件安装→整体完工报验及涂装。

4 共振梁钢结构建造

4.1 共振梁制作要求

（1）下料要求。振动梁板厚度分别为40mm、60mm、90mm，全部采用数控切割下料，切割边缘需进行打磨处理，确保光滑平整，无裂纹、缺口等，保证下料精度为±0.5mm，未达到精度要求的需进行二次修正切割或放弃使用。

（2）振动梁装配要求。装配严格按构件组装顺序组装。因振动梁板厚且为全熔透焊，焊接量大，收缩量大，为保证其主尺度，装配需留有足够余量。

（3）振动梁焊接要求。振动梁主要为厚度为40mm、60mm、90mm的厚板，施焊时焊道填充量特别大，焊接输入的线能量高，控制冷却收缩与变形的难度较大，金属组织热影响区残余应力大，且施焊过程中，母材温度快速升至1000℃以上焊道附近区域极易出现冷、热裂纹。为确保焊接质量和整体结构精度，高效合理的焊接方法和正确的焊接顺序至关重要。具体焊接控制措施如下。①坡口要求。厚度在40mm以上钢板均要求使用半自动化设备开双V型坡口，坡口角度大小随板厚增加而增大，将坡口打磨光滑至露出原始金属光泽，如采用机加工开设坡口效果更佳，则无须进行打磨处理。②焊前预热。焊接前需进行100～120℃预热处理。另外，装配时定位焊因钢材导热性能强、散热冷却快，极易造成定位焊热影响区域应力集中，导致出现裂纹，因此定位焊前需提高预热温度，加大预热面积、焊缝长度及焊脚尺寸。③控制焊接顺序。振动梁角焊熔深均要求达到100%，其结构紧密复杂，焊接产生的热量大，焊接导致变形的隐患大，因此正确合理的焊接工艺及顺序尤为关键，需安排双数焊工进行对称施焊，优先焊接横纵隔板间的立角焊，然后进行纵向隔板与顶底板间的平角焊，最后进行横向隔板与顶底板间的平角焊。④焊接参数。根据振动梁的结构特点，焊接电流、焊材直径等焊接参数的选取均应尽可能小，以减小振动梁焊接区域的受热范围，尽可能减小金属组织内部残余应力和焊接变形。⑤焊后精度检测。振动梁上直接连接振动锤组和液压钢圆筒夹具等设备，其上下表面的平整度及整体尺寸要求较高，检测工具需用精度较高的二级激光检测仪进行测量。

4.2 振动梁机加工

振动梁焊后退火、检测合格后进行机加工，需按照图纸要求标注出加工基准点，并检测加工数据，确认无误后方可转至共振梁组装场地组装。

4.3 共振梁组装合拢

搭设组装胎架前在地面画好地样线，确保胎架刚性，振动梁胎架中线位置需与地样线重合，为提高定位效率，可先使用线锤进行粗定位，再用全站仪进行精定位，测量吊机卸载后振动梁的半径、间距、平整度等参数。为提高振动梁安装定位工效，可以2～3个点同步安装，联系梁仅起连接作用无明确的精度要求，关键点是振动梁的定位，可先确定1个振动梁的位置，然后确定左右两边的联系梁，注意共振圈组装时其实际直径一定要比理论直径大，确保30mm的焊接收缩余量。

4.4 共振梁焊接

共振圈的振动梁与联系梁顶、底板对接缝需同时施焊，并由中心向两端施焊。采用对称跳焊法，分3个阶段实施，每阶段每条焊缝至少完成50%焊接量后，才能进行下一阶段焊缝的焊接。焊接期间监控测量至少2次/d。为尽早将共振圈形成整体，增强对焊接收缩的约束，除了严格按照对称跳焊法执行，同时每道焊缝需分3轮焊接完，避免一次焊完，即首轮仅进行焊接打底，少焊接几道，下一轮再焊接盖面。共振梁焊缝施焊结束并经检验合格后，需进行一次焊后测量，此时结构内部仍有焊接残余应力及外在变形，需通过退火、校火措施予以消除，处理完后进行主尺度完工测量。

焊后检验执行标准按《钢结构工程施工质量验收规范》（GB 50205—2020）及相关行业标准要求执行；全熔透焊缝应进行100%UT探伤检验，对预制的H型钢进行磁粉探伤检验；从事无损检测的人员需持有船级社认可的无损检测人员资格证书。

精度检验要求如下。

（1）图纸上标识的信息按照以下标准执行：.X=±.030；.XX=±.010；.XXX=±.005。

（2）平面度允许偏差为±1/16（即±1.59mm）。

（3）角度允许偏差为±0.25°。

（4）共振梁与共振梁间的装配相对高度偏差为±1mm。

（5）钻孔的定位精度要求：不大于±1mm；表面抛光要求：不大于±3.2μm。

（6）共振梁制作流程：振动梁装配、焊接及测量；校火及机加工；振动梁及联系梁组装；共振梁焊接；完工报验。

5 油漆要求

（1）共振梁除锈要求为Sa2.5级。

（2）所有检验完成后才能进行涂装，其油漆干膜总厚度为250μm，面漆应按业主提供的APE色卡进行选择。

（3）涂装参考船舶要求和相关规范进行阶段报验。

6 结束语

文章通过优化钢圆筒振沉设备钢结构建造工艺的建造流程，实现了对精度、质量和周期的良好控制，同时填补了该类大型设备钢结构建造的空白，积累了宝贵的经验，具有借鉴意义，进一步拓展了在该类型结构建造和修理的市场。