浅议复杂地形条件下钢箱梁现场吊装与焊接技术

浅议复杂地形条件下钢箱梁现场吊装与焊接技术【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