上海振华重工（集团）股份有限公司上海市200125
摘要：合江长江公路大桥为国内跨度最大的拱桥之一，上部结构施工工艺复杂，技术难度大，为确保工程质量及施工安全，项目团队克服重重困难，高效完成钢桥结构的制作与发运。
合江长江公路大桥主桥采用飞燕式钢管混凝土系杆拱结构，其桥跨布置为80.5+507+80.5m，全长668m。
主跨拱肋：主孔跨距为507m，净矢跨比1/4，拱轴系数为1.5。拱顶截面径向高7.0米；拱脚截面径向高为14.0米，肋宽4.0米；每肋为上、下各两根φ1300mm钢管混凝土主管，管内混凝土采用C70。主管通过横联钢管φ760和竖向两根腹杆φ660钢管连接而构成，吊杆和拱上立柱间距为13.0米，吊杆和立柱处两支管间设置横隔，加强主拱拱肋的横向联系。
边跨拱圈：主桥边拱主结构采用钢管内注混凝土外包钢筋混凝土拱肋，横撑采用桁梁结构型钢骨架外包钢筋混凝土成为箱型结构。
图1.1-1三维结构示意图
1.加工方案概述
主拱和边拱制造分为管节卷制、拱肋接长、拱肋片体预制、节段侧卧拼装、拱肋连续立体预拼、涂装等工序。
拱肋直缝管采用专业直缝管流水线加工。
主拱、边拱侧卧制造时采用至少三段连续匹配制造，放长线的方法进行。
2钢管拱结构形式及节段划分
本合同段主要工作内容为钢管拱钢结构，主要包括边跨拱肋钢结构、主跨拱肋钢结构、立柱、横撑、肋间横梁钢结构。
（1）主跨拱顶拱肋径向高为7.0m，拱脚拱肋径向高为14.0m，拱肋横向宽为4.0m。拱肋的中心距离为25.3m，每个拱肋为上、下各两根直径为φ1300mm的钢管混凝土主管，主管采用直径为φ760mm横联钢管和直径为φ660mm竖向腹杆钢管连接而成。制作时按设计图纸要求划分为吊装节段进行分别制作，半跨主跨拱肋划分为10个吊装节段，左右对称，即钢拱肋共划分为40个吊装节段，单独进行生产制作。
图2-1主跨钢管拱结构示意图
（2）边跨拱采用钢管混凝土劲性骨架箱型拱肋，边拱拱肋间各设置一道中横撑和端横撑。左右两侧拱肋内侧间距为25.3m，每肋为上、下各两根直径为φ660mm的钢管。
为方便钢拱肋钢管的制作，对钢拱肋按照预拱线形采用“以直代弧”的制作方式，即钢拱肋吊装节段内圆弧钢拱肋划分为若干直钢管，按照钢拱肋的弧度拼接而成。钢管节段划分位置要避开吊杆、风撑等结构焊缝，且考虑卷管设备的长度限制，拟每段划分为2.5m至3.5m左右，尽可能归为2-3种长度类型，以方便施工。
为确保边拱横梁节段不超出起重能力，考虑桥位安装方便。边拱端横梁和中间横梁靠近拱肋的小段安装在拱肋上，中间部分分为两段。
3拱肋钢结构制造
3.1放样
采用TEKLA三维建模软件精确建模，在三维模型中进行钢管划分，使得钢管对接焊缝避开节点区域，确保施工质量。
结构模型及钢管划分检验合格后，对钢管节段进行编号标志，定义钢管角度径向线位置，以及钢管直缝位置，相邻钢管直缝对接位置应错开一定角度，以避免十字焊缝。
3.2切割下料
（1）钢管根据板厚中心展开钢板轮廓采用数控切割机及等离子切割机进行精确数控下料。钢板下料后，对下料零件长宽尺寸及对角线长度进行复测，确保尺寸满足图纸要求。
根据焊接工艺文件要求，对钢管展开钢板纵向对接缝、钢管与相邻钢管曲线对接缝的焊接坡口进行加工。以纵向中心线为基准，划出卷管的0°和180°径向线，并在卷管外侧两端敲上样冲眼作为标示。
（2）其余零件下料采用数控火焰切割机或数控直条切割机进行切割下料。
零件切割首件完成后需进行检验，若切割面存在缺陷需按照本项目修补工艺进行修补。确认切割设备和方案可以满足项目要求方可进行后续工作。
3.3构件制作
3.3.1直缝管流水线加工与切割
直径大于350mm的钢管除主管外采用流水线加工直缝管，根据预套料确定钢板长度。
直缝管预制首件完成后需进行检验，确认直缝管流水线设备和预制方案可以满足项目要求方可进行后续工作。
3.3.2管材切割
直缝管加工完成后按照零件清单进行套料，套料完成后按零件图进行相贯线切割，用数控相贯线切割机进行。
主管卷圆完成后使用磁性切割小车切割端部线型及坡口。
相贯线切割、磁性小车切割首件完成后均需进行检验，确认切割设备和切割方案可以满足项目要求方可进行后续工作。
3.3.3钢管接长
钢管卷圆并焊接完成后，在制造车间内进行钢管的接长，即将多个钢管卷管段对接成设计图纸要求的钢管节段。
（1）地样及胎架布置
由于接长后的钢管具有一定的圆曲度，本项目使用以直代曲，拟采用预设地样线的方式进行定位控制。
在钢管接长区域根据结构尺寸划出地样线框，从地样线框中间向两侧依次划出钢管接缝地样线，与地样线框相交。从地样线框与接缝地样线交点，沿接缝地样线确定钢管径向线坐标点，如下图所示，由此确定了钢管接长所需的各控制地样。
（2）卷管定位
吊装卷管节段至胎架上，调整钢管上0°和180°径向线位于同一水平面上，利用铅垂线吊对使0°和180°径向线上的控制点与地面所划出的坐标点重合，钢管两侧采用定位块固定。
依次吊装相邻卷管节段，采用相同的方式调整定位，按照卷圆前样冲标记的角度将0度现与180度现布置水平。检验相邻卷管节段连接位置焊缝间隙及错边量，满足项目图纸及规范要求。对于对接高低差过大位置，采用局部校正处理。
（3）焊接检验
根据批准的WPS焊接各环缝，焊接时注意焊接顺序，具体焊接要求参见焊接工艺章节。焊接完成后，按要求进行焊缝探伤检测，复测各焊后尺寸，对变形位置进行局部校正。
（4）安装节点板
对于边拱及主拱桥面以下部分，按照蓝图尺寸划出节点板安装线，安装并焊接节点板。因角钢组件安装以后影响探伤，节点板探伤需在拼装前完成。为避免加劲板影响角钢组件安装，节点板上的加劲板暂不安装，拼装结束后再安装。
3.3.4边拱拱肋节段组装
本项目边拱侧卧制造，因边拱总长约73米，弦高约12.5米。整体拼装可以控制设计要求的线形，并方便检测控制，故在车间内连续匹配拼装。
边拱节段主要结构包括四根拱肋主管、横联角钢组件、腹杆角钢组件、叉撑角钢组件。
边拱节段主要制作流程如下：
（1）车间放线及胎架布设
边拱拱肋在车间侧卧拼装，首先在车间地面按照蓝图尺寸放线，放线如下图所示。首先在车间指定点使用油漆笔在地面标出坐标原点，再使用激光经纬仪放出经过原点的纵横基准线。
按照图纸尺寸转化成各定位点的坐标值，使用全站仪辅助绘制出定位点，使用油漆标记。
按照下图位置布置标准胎架，标准胎架与车间地面预埋铁定位焊固定，使用12mm钢板制作牙板，使用激光经纬仪找平牙板上平面。
（2）车间卧拼
按照地样线使用铅垂线将拱肋各钢管零件定位在胎架上，使用马板固定。按照本项目WPS完成拱肋环焊缝。按照蓝图尺寸划线安装节点板，完成节点板与主管的焊缝，进行下道工序前完成此焊缝探伤。为避免后续角钢组件安装困难，节点板上的加筋板暂不安装，待腹杆、临时叉撑、平联斜联等组件安装后再安装。
按照节段图尺寸在节点板上划出腹杆组件定位线，安装预制好的腹杆组件。
片体安装完成后按照下图制造并安装临时门架，临时门架安装时需注意避开片体腹杆与节点板，使用激光经纬仪调整水平及相对高度。
将预制完成的右侧片体吊装至临时门架上，使用铅垂线调整位置，按照下图检测节段端口尺寸。各尺寸调整合格后使用马板固定右侧片体。
横联角钢仅需预装加劲板，单根安装角钢，两侧角钢安装结束后安装背面连接板。
3.3.5主拱拱肋节段组装
本项目主拱分为左右拱肋，单侧拱肋节段结构由四根拱肋主管、横联钢管、腹杆及撑杆组成。
为了方便施工操作，钢管拱肋节段组装采用侧卧的方式进行，每个工位3个节段连续拼装。
其中腹杆、横联钢管、撑杆均有相贯线接头，所以采用相贯线切割机进行相贯线切割端头。
主要流程如下：
（1）线性控制及胎架布置
在钢管拱肋节段组装区域内根据拱肋节段尺寸划出地样线框，从地样线框中间向两侧依次划出腹杆定位线，根据相邻腹杆定位线交点，划出主管定位线。根据设计图纸尺寸要求，在吊杆位置的腹杆定位线上量出吊杆两端的控制点位置。
钢管拱肋节段组装采用车间内专用胎架，胎架须具备足够的刚度、稳定性要求。
钢管拱肋节段组装地样线及胎架布置如下图所示，将三个节段连续匹配制造。
（2）左右弦管片体预制流程
吊装左弦杆两根拱肋主管至片体预制胎架上，调整钢管径向线位置，同时保证钢管轴线与主管定位线，用定位块固定。
复测两根拱肋主管前后位置、端部尺寸、径向线位置等，确保尺寸合格后，吊装两主管之间的腹杆结构至工位上。调整腹杆结构与腹杆对齐后采用定位焊固定。单侧拱肋所有腹杆吊装定位后，复核整体尺寸合格后，进行腹杆与主管之间焊缝施焊。
弦杆片体首件完成后需进行检验，确认片体施工方案可以满足项目要求方可进行后续工作。
将预制完成的临时门架吊装至拼装胎架上，临时门架底部必须与车间预埋铁接牢固。
吊装上部弦杆片体，使用铅垂线及地样线完成定位。
按照蓝图尺寸在片体上划出各横联、撑杆安装线。吊装横联，按照安装线定位并完成定位焊。此处腹杆钢管与主管之间相贯线焊缝暂不施焊，待钢管拱肋节段组装完成后整体焊接，避免各位置焊接收缩互相影响。
按照结构上的定位线安装撑杆和吊杆，定位焊固定。所有主结构零件安装完成后检测节段整体尺寸，尺寸检测合格后完成所有相贯线焊缝，焊接时注意对称施焊。
复测三根整体拼装钢管拱肋的整体尺寸，确认合格后安装节段间法兰结构。法兰板安装时，先用工艺螺栓将两个法兰组件固定连接，施焊一侧肋板与主管焊缝。法兰另一侧肋板根据法兰位置匹配安装焊接。
法兰钢板采购时厚度方向预留加工余量，法兰下料时中间孔预留机加工余量，法兰下料后铣削机加工法兰面，确保法兰贴合良好，中间孔镗孔加工，确保圆管顺利插入。两片法兰贴合后整体加工螺栓孔，使用工艺螺栓拧紧后安装焊接肋板。在拼装平台上划出管内径线，法兰位置线，肋板安装线，根据各位置线安装肋板。
中央合拢位置的法兰仅安装单侧，另一侧的法兰及肋板制作成组件定位焊在主管内侧，待桥位合拢时根据合拢情况完成法兰组件定位，螺栓施拧完成后完成肋板与主拱拱肋的焊接。去除定位焊时需注意不得野蛮敲除及伤及母材。
节段首件完成后需进行检验，确认节段制造方案可以满足项目要求方可进行后续工作。
3.4节段预拼装
本项目钢管拱节段的预拼装采用立式预拼，且不少于“2+1”连续匹配预拼装模式，一轮预拼装完成后留下一个匹配节段参与下一轮预拼装，保证相邻拱肋间的连续匹配。
3.4.1边拱拱预拼装作业流程
边拱在车间整体卧拼后每3段使用卡马固定为一体，3段一起吊装出车间。在外场门机轨道附近完成6个段的整体预拼装。
利用经纬仪在预拼装区域内布设纵横向基准线，按照每轮次拱肋预拼装的实际线型布设圆筒胎架，使用全站仪复测圆筒胎架顶部高度。
吊装3段拱肋至圆筒胎架上，使用揽风绳固定，再吊装另一半的3个节段。也使用揽风绳固定，使用横移镐微调其位置，确保整体直线度、长度、接头间隙。使用全站仪测量拱肋整体尺寸。
3.4.2主拱预拼装作业流程
利用经纬仪在预拼装区域内布设纵横向基准线，按照每轮次拱肋预拼装的实际线型布设圆筒胎架，使用全站仪复测圆筒胎架顶部高度。
按照从拱脚至江心的顺序吊装钢管拱肋节段至预拼装胎架上，利用横移镐精确调整钢管拱肋纵向匹配。
所有节段接头法兰使用工艺螺栓固定后，使用全站仪测量拱肋长度、拱度等数据。核查实测数据与图纸数据的偏差并进行调整。
复测钢管拱肋预拼后的整体尺寸，确认合格后安装尚未安装法兰的节段间法兰结构。法兰板安装时，先用工艺螺栓将两块固定连接，施焊一侧肋板与法兰焊缝，将肋板与法兰做成组件，整体安装于一侧钢管拱肋节段上，并完成焊接。法兰另一侧肋板根据法兰位置匹配安装焊接。
利用全站仪测量吊杆顶部标高、吊杆角度，与理论角度比对，若角度超差需调整吊杆位置。根据实测数据加工组装铸钢垫块，确保满足设计图纸要求。根据预拼装节段间实际距离修割节段间嵌补段预留的余量，按照实际安装位置对嵌补段进行编号，方便桥位匹配。
参考文献：
[1]《钢管混凝土拱桥技术规范》GB50923-2013；
[2]张玉伟《中承式钢管混凝土劲性骨架拱桥数值模拟分析》重庆交通大学2011
[3]乔墩刘思孟郑志明周建庭刘庆阳周科文《大跨径钢管混凝土拱桥结构检查及病害成因分析》重庆市公路局；重庆交通学院