中铁十七局集团第五工程有限公司 山西太原 030032
摘要：以某条高速铁路特大桥下承式提篮拱桥施工为例，详细介绍了160米的跨度下钢管混凝土提篮式拱桥以先梁后拱法施工时钢管拱拱部制作与预安装的工艺和方法，总结了钢管拱拱部制作与预安装中的关键性控制点及注意事项。
关键词：大跨度 钢结构 拱肋 预拼装
0引言
伴随着我国高速铁路基础设施建设的快速发展，投入运营的下承式提篮拱钢管拱桥越来越多，该结构的应用与发展在我国发展很快，这主要也是得宜于这种钢筋混凝土组合材料的优越性加以决定的。对于钢管拱的技术经验虽然积累了些，但是也并不常见，故从钢管拱拱肋制作与预拼装工艺方面进行切入解析。
1工程概况
某高速铁路特大桥需跨越国道总宽37.9米，与路线夹角呈26度角，连续梁布置方式为（76+160+76）米，连续梁是预应力混凝土和钢管拱混凝土组合式结构。设计在主梁上设置一跨跨径为160米钢管拱，拱肋截面采用哑铃型，截面高度为等截面3米高，宽度为1米，拱肋上下弦管直径为1米，壁厚1.6厘米，上下弦管间中心距离2米，中间通过1.6厘米钢腹板连接。拱肋间横向中心距11.8米，矢跨比1：5，设计矢高32米，轴线为二次抛物线。
主拱材料为：Q345qD材质
拱肋外表面：无机硅酸锌防锈漆2×35um 封闭底漆1×25um
环氧云铁中间漆1×40um 氟碳面漆2×35um
拱肋非封闭内表面：铁钛醇酸防锈漆 3×35um
附属结构（人行步梯和护栏）：环氧铁钛底漆2×35um 环氧云铁中间漆1×40um
氟碳面漆2×40um
2施工工艺流程
施工准备→管板制造→安装拱脚预埋钢筋→浇注4个拱脚混凝土→安装膺架→拱肋运抵总装桥梁→分节对称吊装→分节对称焊接拱肋→合拢段焊接→涂装
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钢管拱桥结构概览图
3施工技术
3.1重难点分析
提篮式拱桥钢构部分的加工制作与现场拼装质量是决定了桥梁的质量和使用寿命。由于本桥跨度大，钢管节段在运输中难免会产生变形，对保证拱轴线也增加了一定难度，因此线形的控制成为一个关键项目。其次，如何去保证钢管拱拱部各个节段的几何尺寸和整体线形是本桥的一个难点；由于本桥的焊接量大，钢管的横撑空间和纵横缝相贯连焊接线数量较多，如何确保焊缝的质量和控制好焊接的变形也是一个关键项点。综上所述，针对本桥的特点必须采取相应的技术措施，对线形、焊接、变形加以控制，使其满足相应规范的要求。对此我们将以下几个方面作为钢管拱拱部制作和安装架设中的关键工艺进行重点控制。
1.单元管卷制的几何精度的控制。单元管是提篮拱的基本组成件，因此对于其质量的控制至关重要的。
2.单元管胎型的制作是关键工艺之一。本桥拱轴线为二次抛物线，按照1：1大样做地胎，并在上面作出各种的控制线位置，用以精确地控制拱部的线型。
3.把主拱纵、横向的焊缝及横撑和锚箱焊缝的质量控制作为主控点。主要原因在于这些焊缝是结构的主要传力焊缝。
4.把提篮式钢管拱拱肋段的线形、长度和断面尺寸精度的控制作为主控点。主要原因在于这是不仅是成品质量控制的基本点，也是最主要的精度控制指标。
5.把提篮式钢管拱拱肋焊接的焊接顺序、焊接方法和焊接变形的控制作为主控点。主要这是焊接精度和焊接质量的重要保证。
3.2技术措施
为了控制钢管拱拱肋结构焊的接变形，同时保证产品的整体质量，我们采用：单管→上下弦管→拱肋段的制作模式，同时选择有实力的专业制造工厂，在工厂车间将单管、单元拱肋（上下弦管）、腹板、加劲箍，腹板对拉钢筋等制作并组焊成26个拱肋段，然后按照1：1地胎大样进行拱肋段连续总拼装，并组装焊接临时安装连接件—紧固法兰。
在厂内加工时，按照1：1拱轴线及上下弦管轴线放大样，设置侧向横挡，标记管段的分段口位置，拼装单管段；同样，在总拼时，也必须按照1：1拱轴线放出胎型大样，标定出每单管段在胎型上的具体位置、横撑的连接位置、吊杆锚箱位置线，通过地胎胎型的线型确定其在拱段上的准确坐标。钢管拱拼装顺序为：上下弦两根主管→中间腹板，其中，两根主管安装定位时必须采用定位样板，保证上下弦管的中心距离。
每段钢管拱拱肋在制造时，需要考虑一定的焊接热收缩量和焊接温度的影响，在主拱最后合龙段以及横撑段方向预留二次切割量；待焊接完成后按照理论分段线拱脚进行二次切割（合龙段、横撑在工地安装时配切），拱肋段在1：1的地胎胎型大样上平面预拼为桥位状态，整体标记并划线切割。合龙段两端预留10cm配切量，待到工地总拼架设时实测距离，最后在依据实测数据进行配切。
单管制造，钢板下料前，清除钢板上的污物，铁锈等，按理论值下料，直缝拼接处开坡口，打磨焊缝区域6cm范围，正反面双面打磨光净，上卷板机卷管，先压头，保持两端头成管状时是平接式。提前做好弧形靠板，长度约80cm，在钢管即将成型时，使用弧形靠板和钢管圆筒进行来回对比，来回进行卷圆作业，在钢管纵缝拼接合拢时，接缝预留1～2mm间隙后加以点焊固定。钢管初卷圆后采用埋弧焊自动焊接直缝，焊接完进行矫圆，椭圆度小于3mm为合格，最后进行焊缝反面清根，最后再填焊完成。
腹板单元制造工艺，腹板采用数控机床门切下料，下料时预留焊接收缩量，按焊接工艺要求进行机加工各板，完成此项工作后开始组装腹板单元，腹板与拱肋单元采用埋弧自动焊方式焊接。
拱肋单元（上下弦管）的制造，单元合件的制造是管节加工完成后在1：1胎型上进行的。胎型必须在经过整平的场地内，且平整度符合要求，合件制作整体必须牢固可靠以保证数据的准确性。
拱肋段制作采用分段制造程序：先用型钢把拱肋段胎架制造好，然后标记钢管分段制造所需的检查线、中心线，放地样的同时作出标记。为了保证钢管拱的拱肋线型，要在胎架上使用模板调整，或者使用小垫片来调节。在拱肋单元上胎架定位之前，需将下层腹板预置在胎架之上。拱肋单元上胎架时对准地样上的中心线，并采用定位样板将其定位。拱肋单元件定位后，划出腹板安装线，先将预置腹板安装定位，点焊。同时安装腹板对拉钢筋。然后安装上层腹板。焊接上层腹板和主管之间的角焊缝，采用二氧化碳气体保护焊焊接方法。在拱肋段翻身之前将能焊接的焊缝焊接完，拱肋段翻身后可在原胎架上进行焊接下层腹板与主弦管间的角焊缝，方法同上。对角焊缝进行检查：外观检查，对焊缝进行100%超声波探伤检查。最后对拱肋段进行完工检验，对外形尺寸和焊缝外观检查，并作好标记，用油漆标明杆件号。
钢管拱的钢锚箱是拱肋吊杆的承力关键部件，钢锚箱会因吊杆位置的不同引起尺寸上的细微变化，故锚箱零件要全桥逐一放样。各零件采用数控机床门切下料，边焊接边预留加工量，焊接坡口采用机加工刨切坡口。
预拼装顺序，按照全桥拱肋共分4次预拼，其中合拢段为匹配梁段，其长度方向在工厂制造时预留10cm配切量，在工地根据实际量测尺寸，进行配切。
为保证钢管拱桥的外轮廓尺寸及部件位置的准确，针对该桥结构特征设计专用1：1预拼装胎型。专用胎型坐标数值由计算机模型提供，采用光电经纬仪在总拼现场的硬化地面上分别作出各段的具体数据。在每次预拼完成之后，须对胎型的各种数据进行检测符合，确认无误后再进行下一节段的拼装。
预拼装解决的问题，确定钢管拱的长度、宽度及断面尺寸。通过调整对接间隙、标高达到标准要求。确定钢管拱的线形，通过预拼装胎架设置的控制点确定钢管拱的整体线形，特别是相邻管口的连接尺寸；安装并焊接工地安装用紧固法兰。
预拼装的基本程序，按地胎上设置的基准线，先摆好拱脚，并将其与地胎临时固定，再依次按地胎设计线形摆放拱肋。在每侧首次预拼完成后，将拱肋合龙段留下作为下一次拼装的基准段，对在安装时相互配合的拱肋进行标记，经测量无误后打印测量标记点。在总拼装胎架上布置各个锚箱组装控制线，按地胎大样位置开设吊杆导管孔，按线组拼导管和上锚箱。焊接时按工艺要求的焊接顺序焊接，减少焊接变形和残余应力的产生。
最后焊接连接紧固法兰，检测合格后出胎。合格拱肋段进入喷丸除锈工序，按涂装体系进行涂装。
4结束语
通过钢管拱肋单元的制作工艺控制，与线下预拼装工艺验证，使得钢管拱肋运抵施工现场后安装速度及线性精度有了较大的提升，不仅可以节约工期也满足了相关规范要求，取得了良好的效果，为类似工程拱肋制作施工提供参考。