劉應亮

(中鐵十八局集團有限公司，天津 300222)

1 工程概況

港珠澳大橋珠海連接線拱北隧道暗挖段下穿拱北口岸限定區(qū)域，工程環(huán)境復雜，采用“曲線管幕+凍結法”施工，曲線頂管是本工程核心技術，管節(jié)現(xiàn)場制作技術是其重要環(huán)節(jié)之一。

管幕由 36根φ1 620 mm鋼管組成，平均長度257.927 m/根，管間距35.5～35.8 cm，位于曲率半徑885.852～906.298 m的緩和曲線和圓曲線上。管節(jié)設計長4 m，Q235BZ型鋼板制作，承插口F形接頭連接，其中壁厚24 mm的鋼管19根(下半斷面)，壁厚20 mm的鋼管17根(上半斷面)［1-3］。管節(jié)結構詳見圖1、圖2。

圖1 管節(jié)結構示意(單位:mm)

2 工藝流程

管節(jié)制作工藝流程見圖3。

3 制作技術

3.1 下料

管身板材下料采用火焰切割，尺寸寬度為2.0 m，長度為管身中直徑計算圓周長［4］，根據管身下料面積選擇合適的定尺鋼板，提高板材利用率。20 mm、24 mm厚板材火焰切割余量和焊接收縮余量一般為1～1.5 mm，對管節(jié)加工精度影響很小，可忽略。板材需進行埋弧焊接的三邊，采用小車式火焰切割機切割30°坡口，待卷制成筒后形成60°V形坡口。

圖2 承插口F形接頭結構示意(單位:mm)

圖3 管節(jié)制作工藝流程

法蘭、肋板等零部件利用數控切割機床下料切割。首先將繪制完成的CAD法蘭、肋板等下料圖直接轉換為dwt格式圖樣，然后數控軟件將幾種零部件大樣圖自動排版為最合理的組合形式，并編排切割順序。最后把編制完成文件輸入設備電腦，電腦全自動控制切割路徑和各零部件切割數量。

火焰切割要控制好氣體質量、切割速度和割嘴高度，保證切割質量［5-6］。

3.2 管身卷制

3.2.1 板端預彎

卷制時，鋼板兩端須板端預彎，防止管身對接時因鋼板兩端未輥卷而形成直線段。先將鋼板平放在卷管機的上下輥之間，鋼板邊緣須超過上下軸輥垂直中心線位置。然后上輥下移至管身半徑處，讓鋼板端部一面彎曲，一面向前移動一段距離，使板端得到預彎，同理使鋼板的另一端得到預彎。

(1)預彎長度應大于三輥卷管機兩個下輥中心距尺寸的1/2，約300 mm。在預彎長度內，預彎圓弧與檢查樣板間隙h≤1 mm，樣板半徑宜比管半徑小0.5～1 mm。

(2)預彎段應隨時用樣板檢查預彎半徑，局部凸起或凹陷的地方，可用鋼板條作為襯墊來校正。

3.2.2 卷制

管身卷制使用三輥卷管機采用漸進遞送法，經多次往返輥壓成型［7］。

(1)在每次調整上輥下移后，卷彎時都要采用樣板檢查半徑的大小，預防彎曲過量，直至筒節(jié)彎曲半徑完全吻合為止。

(2)在卷制過程中，鋼板兩側與軸輥中心線垂直，經常進行檢查預防跑偏造成端面錯邊。

(3)管身卷制成形后，用倒鏈及專用工裝夾具將縱縫對接平直、兩端面對齊，間隙小于5 mm。

(4)將卷制完成的管身點焊加固，卸下輥床后進行橢圓度檢查。

3.3 焊接

管身縱、環(huán)縫采用全熔透性埋弧焊焊接，焊縫采用V形坡口，坡口60°，使用 CO2氣體保護焊進行打底［8-9］，管身縱縫兩端配置引弧板和引出板，其材質和坡口形式與管身相同。引弧板和引出板長度大于150 mm，寬度不小于80 mm;先焊坡口里側，再焊外側;焊縫引出長度需大于80 mm。焊接完畢后，必須用火焰切除焊件上的引弧板、引出板，并打磨平整，嚴禁用錘擊落。

兩段管身對接的縱縫錯開90°并用倒鏈拉緊［10］，對接間隙不大于5 mm;兩段管身之間的錯臺不大于2 mm，錯臺大的位置采用千斤頂和鋼管撐將管端撐平，并及時點焊固定。環(huán)縫引弧段打底較厚，一般要將坡口焊滿，收弧段搭接長度不小于80 mm。

F形接頭、法蘭、肋板等零部件均采用CO2氣體保護焊焊接，焊接前用鐵皮將焊縫兩側進行覆蓋，以防止飛濺物落在母材上，焊接時合理調整焊機電流和運絲速度，保證焊縫飽滿、平順，有焊接缺陷時及時整改。

3.4 橢圓度控制

縱縫埋弧焊完成后，管身進行橢圓度檢查，橢圓度不滿足要求的必須進行二次校圓。分加載、輥圓、卸載3個步驟，使工件在逐漸減少矯正荷載下進行多次輥卷。

管身的校圓樣板弧長為管身周長的1/3;樣板與管內壁間隙應符合下列規(guī)定:(1)對接縱縫不得大于壁厚的10%加2 mm，且不得大于3 mm;(2)管端200 mm內的對接縱縫處不得大于2 mm;(3)其他部位不得大于1 mm。

管身卷制時板材要與卷管機對正，保證板材邊線須與軸輥中心線平行，否則會出現(xiàn)錯邊現(xiàn)象;預彎不得過大或過小，否則會使管身組對后接頭處錯邊量過大;卷制過程中上輥下降位移由大變小，防止過彎。管身校圓作業(yè)見圖4。

圖4 管身校圓

3.5 F形接頭制作

F形承口先由鋼板卷成外徑為1620 mm，寬170 mm的管件，然后在鋼板制水平臺上采用螺旋千斤頂調整管件與承口法蘭相對位置進行校圓，承口橢圓度小于4 mm后使用CO2氣體保護焊焊接牢固。

F形插口先按設計尺寸卷成圓筒狀管件，然后同承口加工方法把管件、法蘭、肋板采用CO2氣體保護焊焊接拼裝成插口毛坯件，最后整體上銑車床加工割槽成F形插口。其制作工藝見圖5。

圖5 F形插口制作工藝

3.6 管節(jié)連接

管節(jié)承插口以F形接頭限位螺栓形成鉸接，以接頭槽內安裝鷹嘴橡膠圈實現(xiàn)管節(jié)間止水，頂管完成后擰緊接頭螺栓形成剛性連接。

管節(jié)承口與插口單邊間隙只有5 mm，承口端需要加工45°坡口，才能將插口鷹嘴橡膠圈經擠壓后安裝進承口槽內。

管節(jié)承插口法蘭之間設置木質墊塊(厚度20 mm，松木或其他材質的復合板均可)，采用扎絲綁扎固定在管節(jié)上。墊木的作用是在曲線內外側頂力作用下可彈性變形，使頂進過程中的承插口能較好接合。

4 管節(jié)質量標準

管節(jié)Q235BZ板材質量符合《碳素結構鋼》(GB/T 700—2006)的要求;管節(jié)焊接質量符合《鋼結構工程施工質量驗收規(guī)范》(GB50205—2001)熔透性焊縫要滿足焊縫質量等級為二級的驗收標準，非熔透性焊縫要達到焊縫質量外觀等級為二級驗收要求。

管節(jié)結構加工制作尺寸檢查標準詳見表1。

表1 管節(jié)拼裝幾何尺寸質量標準

5 結語

目前已經加工制作管節(jié)數量過半，成品合格率達到100%。管幕已經順利頂進6根，使用管節(jié)360余個，實踐證明管節(jié)制作精度、剛度和穩(wěn)定性、防水密封性能等均達到預期效果，管節(jié)現(xiàn)場工廠化制作技術和產品質量是可靠的。

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