港珠澳大桥江海直达船航道桥整体式钢塔制造技术

桥梁建设!!#$年第%$卷第!期!总第!&’期()*+,-./012)342*/0#5/67%$#8/7!#!#$!9/2:66;8/7!&’文章编号!#&%’!!!!#$!’$港珠澳大桥江海直达船航道桥整体式钢塔制造技术高文博#!!!张鸣功!!朴!泷!!#7长安大学公路学院陕西西安’#$$%$!7港珠澳大桥管理局广东珠海=#Y#=#摘!要!港珠澳大桥江海直达船航道桥为###!Y!=@!=@#!Y###A三塔钢箱梁斜拉桥!桥塔采用海豚形全钢结构塔身!由主)副塔柱及联系杆组成!塔高约#YA!单个桥塔重约!$2!采用大节段整体制造方案施工$为保证节段拼装精度及制造质量!板单元采用自动化制造%小节段拼装采用长线连续匹配预拼装工艺!并使用了无损固定工装和设备%通过翻身接刀及二次找正完成大端面加工%由于主塔柱节段较重!采用模块运输车及顶升方式完成主塔柱小节段整体拼装与上胎定位!副塔柱小节段采用龙门吊定位!完成主)副塔柱连接后!通过液压千斤顶组将整塔提升!A!进行胎架置换和装饰块安装$该桥钢塔制造后!经检测钢塔的垂直度及轴线偏差均满足*港珠澳大桥桥梁工程施工质量验收标准+的要求$关键词!跨海大桥%斜拉桥%钢结构%桥塔%无损制造%长线预拼%整体钢塔总拼%桥梁施工中图分类号!B%%@7!’$B%%@7&@文献标志码!C45#’.5(%’&)#1*+(,#)-’+$.&H#%+1&5J0%++JUAJ#.;)+&I%I0+50,)N!,5##+J6&)31+.M#1@#1IS,’,5)I45(56&)31+,4250’$67##!#894+,:&’($(7’(!#;427’(!!#7_4D//6/Ob*,DF:;#.D:0,[:0B0*R-)1*2;#e*[:0’#$$%#.D*0:$!7b/0,d/0,SaD3D:*SG:4:/()*+,-C32D/)*2;#aD3D:*=#Y#=#.D*0:?$%&5(%%9D-E*R-)S2/S_-:_D*K.D:00-6()*+,-/O2D-b/0,d/0,Sa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收稿日期!!#=##!作者简介!高文博#工程师#ISA:*6%,FN!DQAN/74/A)研究方向%桥梁施工技术与工程控制)’桥梁建设!()*+,-./012)342*/0!#$#%$!!2D-)-X3*)-A-021*02D-!#$%&’#()*%#)*&+,)(,’-%).%*,’/.&0*%1,+2)*34#5’4*’##)*’4,+6,’47,’489:.:&*8;&&,2)*34#@+A8&3$%1-:S4)/11*0,N)*+,-$4:N6-S12:;-+N)*+,-$12--612)3423)-$K;6/0$0/0S+-12)342*R-A:03O:423)*0,$K)-:11-AN6*0,/O6/0,6*0-4/02*03/31A:24D$,-0-):6:11-AN6*0,/O*02-,):6K;S6/0$N)*+,-4/012)342*/0B!概!述港珠澳大桥是由粤港澳三地共同建设的特大型交通基础设施#江海直达船航道桥是其中的&座斜拉桥之一#采用中央平行单索面三塔钢箱梁斜拉桥方案#跨径布置为!###!Y!=@!=@#!Y##A!图#)桥塔采用全钢结构塔身#海豚造型#由主,副塔柱和联系杆&部分组成#钢塔结构示意见图!)边塔和中塔的塔高分别为#@7=A和#Y7’=$A)主塔柱包括受力直塔柱和造型装饰块两部分#主塔柱受力部分基本采用矩形断面#中塔及边塔的主塔柱根部尺寸分别为YA?YA和@7&=A?@7&=A$副塔柱采用凸字形断面#根部尺寸横桥向为&A#顺桥向约为&7&A)桥塔采用c&%=X^钢材#主塔柱壁板和腹板厚度分别为$AA和%AA#加劲肋厚!%AA和!@AA#横隔板厚!AA)副塔柱翼板和腹板的厚度均为%AA#加劲肋厚!%AA和!@AA#横隔板板厚#$AA)主,副塔柱间通过’根联系杆连接#该联系杆也作为斜拉索通道)联系杆采用边长#7@A的正方形断面#壁板厚%AA)港珠澳大桥采用’工厂化,大型化,标准化,装配化(的设计和建设理念*#+#根据该项目建设理念#江海直达船航道桥钢塔采用了整体制造和吊装的施工方案#单个桥塔整体总拼重量达!$2)国内已建成钢塔基本采用小节段制造和吊装方案*!SY+#缺乏整体制造的经验,规范,施工工艺和工装设备#因此#专门借鉴了日本及欧美整体钢塔制造经验*#S#!+#编制了整体式钢塔制造方案#本文主要讨论整体式钢塔制造技术)F!整体式钢塔制造难点及总体方案F7B!制造难点!#江海直达船航道桥钢塔采用海豚造型#结构形式复杂,断面尺寸大,焊缝密集,双面坡口熔透焊多,几何精度要求高,顺桥向和横桥向垂直度要求小于#&%)!!采用无损制造,大节段整体总拼的工艺#可供借鉴的经验少#需研发多类型专用无损工装来控制焊接变形#保证制造精度)!&钢塔端面为大尺寸断面!中塔为YA?YA#边塔为@7&=A?@7&=A#加工精度要求高#全平面的平面度不超过7!AA#国内先进的9d$Y!落地镗铣床最大加工高度仅为$A#必须进行翻身接刀才能完成加工#精度控制难度大)!%钢塔大节段整体总拼重量达!$2#且采用整体总拼工艺#缺乏成熟的制造工艺,起重设备及制造工装)F7F!总体方案针对上述制造难点#采用无损制造,小节段连续匹配预拼制造,翻身接刀端面机加工,大节段整体总拼的工艺原则#按照’板单元小节段大节段(的总体制造流程完成钢塔总拼制造)图B!江海直达船航道桥立面布置C)1DB/J+5%)#.;)+&I%I0+50,)N!,5##+J6&)31+@港珠澳大桥江海直达船航道桥整体式钢塔制造技术!!高文博#张鸣功#朴!泷图F!钢塔结构示意C)1DF0%&’(%’&+.0%++JUAJ#G!钢塔制造关键技术G7B!板单元制造为更好地控制焊接变形#尽量减少拼缝数量和节段拼装工作量#钢塔原材料采用大定尺规格#板单元采用大板块划分)按照无损制造工艺原则#钢塔板单元使用磁力吊,压力型装配机实现无损装配#采用自行式门式多头自动化焊接设备进行焊接)G7F!小节段拼装和焊接主塔柱分为a&a#!节段#副塔柱分为W#&W#!节段!图!#主塔柱a节段和a#节段在桥位现场采用高强度螺栓连接#其余节段均在制造车间采用焊接的方式连接成整体大节段)为控制塔柱线形#主塔柱小节段采用长线匹配预拼制造工艺#分!轮按’$#(方式匹配制造#首轮匹配制造a&a$节段#第!轮匹配制造a’&a#!节段#a$节段为匹配节段)主塔柱小节段连续匹配制造布置见图&)副塔柱共#!个小节段#每个小节段单独制造#制造后#按W#&W$节段,W$&W#!节段分!轮按’=#(,’$#(方式进行侧卧匹配预拼)为保证主,副塔柱线形匹配#对主,副塔柱相交处的节段单独进行匹配制造#即a#节段与W#节段匹配#a#!节段与W##节段匹配)根据无损制造要求#所有临时连接件均不允许与结构焊接#因此#不能使用传统马板#需设计专用无损刚性固定工装!为结构组装和焊接过程中提供临时刚度#控制结构焊接变形而不损伤结构的辅助工装设备#以控制焊接变形)针对不同的结构形式,部位#设计了多种无损刚性固定工装控制焊接变形#a节段焊接无损固定工装见图%)G7G!端面机加工采用9d$Y!立式镗铣床进行端面加工!图=#由于端面高度!YA超过镗铣床的加工行程!$A#因此需要翻身接刀一次#采用数控液压支撑系统对塔段进行二次找正并调整#配合高精度精密激光跟踪测量系统进行划线和完工检测)节段端面加工按!次粗铣,#次半精铣,#次精铣%道工序进行)粗铣切削量控制在&AA以下#半精铣,精铣切削量分别为#=AA,7&&7=AA#修正加工切削量为7#&7&AA)端面首次加工后#使用翻身工装将节段滚翻#@f#利用激光跟踪仪跟踪已加工面的检查点#布置并监控未加工部分检查点#实现节段精确定位#完成图G!主塔柱小节段连续匹配制造布置C)1DGE5A’%.&!#%)#’’$45%(,45#’.5(’&)#1.0O5JJ0+1O+#%$.45)#UAJ#!J’O#Y桥梁建设!()*+,-./012)342*/0!#$#%$!!图K!SV节段焊接无损固定工装C)1DKR#IW+$%&’(%)+C)X)#1Y)1.&=+J3)#1.0+1O+#%SV图Q!端面机加工C)1DQU&(+$$)#1./#30’&.5(+接刀后的二次精加工#钢桥塔端面加工精度见表#)由表#可知#节段加工后的端面平面度均小于允许偏差7!AA#垂直度均小于允许偏差!=g#粗糙度表B!钢桥塔端面加工精度*5?DBU&(+$$)#1U&+()$)#./#30’&.5(+$.0%++JUAJ#0+1O+#%$部位端面平面度&AA端面垂直度&!g顺桥向横桥向粗糙度&’A\b=塔a节段7#@!!%#7=\b=塔a#节段7#$!#!&Y7@\b%塔a节段7#=!#’##7=\b%塔a#节段7#@!!##7