謝 燚，楊學軍，王遠鋒

(1.中鐵廣州工程局集團有限公司 拉林鐵路工程指揮部中心試驗室，西藏 山南 856408；2.中鐵廣州工程局集團有限公司 檢測中心有限公司，廣東 廣州 510800；3.中鐵廣州工程局集團有限公司 拉林鐵路工程指揮部，西藏 山南 856408)

1 工程概況

拉林鐵路藏木雅魯藏布江大橋是川藏線拉林鐵路的重要控制性工程，設計標準為時速160 km的Ⅰ級雙線鐵路，鋼梁總質量約1.3萬t，建成后將成為國內(nèi)跨度最大的鐵路雙線鋼管拱橋，見圖1。橋址位于加查縣桑加峽谷內(nèi)的藏木水電站庫區(qū)，距大壩約1.2 km。山高谷深，交通極為不便，并且高海拔缺氧，自然環(huán)境惡劣，生態(tài)環(huán)境脆弱。全橋采用高強耐候鋼，全橋免涂裝，是國內(nèi)鐵路第一座真正意義上的免涂裝耐候鋼橋梁。不僅環(huán)保，而且可省去日后在惡劣的青藏高原環(huán)境下維修養(yǎng)護的工作量，對推動我國耐候鋼在橋梁上的應用意義非凡。

圖1 藏木雅魯藏布江大橋

拉林鐵路藏木雅魯藏布江大橋采用耐候鋼設計，主拱焊接，拱肋與腹板之間采用高強度螺栓連接，全橋一共需要M30耐候鋼高強度螺栓12萬余套。針對免涂裝耐候鋼橋，目前美國和日本已有耐候鋼高強度螺栓。但是美國的耐候鋼高強度螺栓不能保證扭矩系數(shù)，無法滿足我國的施工要求;日本的耐候鋼高強度螺栓在合金成分上與我國耐候橋梁用鋼不匹配。由于無法單純通過進口螺栓來解決國內(nèi)免涂裝耐候鋼橋的高強度螺栓連接問題，因此國內(nèi)已建成的免涂裝耐候鋼橋都只能采用焊接形式。

拉林鐵路藏木雅魯藏布江大橋地處青藏高原東南部，沿雅魯藏布江縫合帶走行。山高谷深，氣候惡劣，沿線降雨量較少，蒸發(fā)量大，氣候干燥，植被稀疏，海拔在 4 000 m 左右，高原缺氧。工人在這種高海拔和缺氧環(huán)境下進行重體力施工，如何保證施工質量，提高施工效率，降低環(huán)境因素對施工的影響，避免高強螺栓在施工過程中存在的欠擰和超擰問題[1]，是高強度螺栓安裝施工中的重點問題。

2 耐候鋼高強度螺栓及其連接技術條件

藏木雅魯藏布江大橋是國內(nèi)首次使用免涂裝耐候鋼高強度螺栓連接的鐵路橋梁。采用新的安裝施工技術，為保障工程質量，項目設計單位中鐵二院聯(lián)合中國鐵道科學研究院為本工程特意制定了“免涂裝耐候鋼高強度螺栓及其連接技術條件”(以下簡稱“技術條件”)。項目部嚴格按此技術條件的要求對螺栓施擰全過程進行管理和監(jiān)控。

該技術條件融合了近幾年橋梁鋼結構高強度螺栓出現(xiàn)的新技術、新工藝，針對免涂裝耐候鋼高強度螺栓的特點，在母材化學成分檢測、耐大氣腐蝕系數(shù)檢測、力學性能檢測方面有所不同。針對先進的施工工具特性，調(diào)整了工具的標定、終擰檢查方面的內(nèi)容。從施工實踐看，該技術條件貼合現(xiàn)場實際，實用性和可操作性強。

3 免涂裝耐候鋼高強度螺栓的運用

藏木雅魯藏布江大橋項目部和工地試驗室十分重視提前介入，對晉億實業(yè)股份有限公司生產(chǎn)的耐候高強度螺栓母材的化學成分及抗拉強度、延長率、沖擊功等5 項力學性能進行了檢測，部分檢測結果見表1。螺栓及其連接副母材的耐候指數(shù)在6.8～7.0，略大于該橋橋梁結構鋼的耐候指數(shù)。螺栓進場后，項目部嚴格按技術條件委托第三方專業(yè)實驗室對螺栓扭矩系數(shù)等5項內(nèi)容進行檢測，檢測合格后方可進場使用[2]，部分檢測結果見表2。

表1 力學性能檢測結果

表2 高強度螺栓進場驗收內(nèi)容部分檢測結果

從已使用6種規(guī)格42批共計8.6萬套螺栓看，螺栓質量優(yōu)良，全部檢測結果合格，施擰后未出現(xiàn)一個斷栓。

3.1 施擰工具及其標定

本項目施工與傳統(tǒng)的高強度螺栓連接施工不同，采用了新的施工技術，新的施工技術以數(shù)控定扭矩電動扳手為施擰工具。數(shù)控定扭矩電動扳手被稱為我國第3代電動扳手，在電動扳手安裝了扭矩傳感器，其輸出扭矩精度較高且穩(wěn)定，并且在施擰過程中能設定、顯示和記錄電動扳手的最終輸出扭矩[3]。它與目前廣泛采用的電流控制電動扳手(第2代扳手)相比，扭矩輸出穩(wěn)定性好，精度高。通過使用初期終擰扭矩檢測結果顯示，檢測數(shù)據(jù)不但全部合格，而且離散性非常小。后期使用中發(fā)現(xiàn)只要工況不發(fā)生大的改變，扳手輸出扭矩精度較高，基本不需要調(diào)整。過去工地高栓實驗室人員工作量最大的一項工作就是班前班后標定扳手。通常實驗室技術人員每個班前需要提前2～3 h標定扳手才能保證不影響施工，工人下班后還需要花2～3 h再標定1次，工作量巨大，勞動強度高，還需要消耗大量螺栓。如果一旦班后標定扳手出現(xiàn)超差，則需要已下班的操作工人回來將當班用該扳手施擰的螺栓全部終擰檢查。因此班前班后標定扳手是之前工地高栓施擰最大的痛點。本次項目施工使用的數(shù)控定扭矩電動扳手徹底地解決了這個問題，大大減輕了工地一線工作人員的勞動強度。

由于數(shù)控定扭矩電動扳手的明顯優(yōu)勢，在施工中將對扭矩要求精度不如終擰工序的初擰工序中的施擰工具，也全部改為了數(shù)控定扭矩電動扳手，極大提高了施工效率。

3.2 螺栓施擰

拉林鐵路藏木雅魯藏布江大橋高強度螺栓連接與傳統(tǒng)橋梁施工相同，施擰也分初擰和終擰2步。高強度螺栓的預拉力見表3。

表3 耐候鋼高強度螺栓預拉力 kN

施擰前，根據(jù)當天使用的螺栓的批號(螺栓生產(chǎn)廠家提供)，按每批不少于8套分批在施工現(xiàn)場進行扭矩系數(shù)的復檢，并記錄測試環(huán)境溫度、濕度。從已檢測螺栓批次的數(shù)據(jù)看，扭矩系數(shù)的平均值均在0.110～0.150，標準偏差不大于0.010，滿足技術條件要求[4-7]。

為控制施擰質量，施工時還要考慮環(huán)境溫度、相對濕度對扭矩系數(shù)的影響[8]。從2017年6月至2018年1月，工地現(xiàn)場晝夜溫差很大(日極差可達40 ℃)，但氣候干燥，對扭矩系數(shù)的影響主要是溫度。通過在現(xiàn)場做試驗發(fā)現(xiàn)，在每天9：00—15：00 施工，溫度對螺栓的扭矩系數(shù)影響在3%之內(nèi)。為最大限度保證施工質量和施工進度，應盡量使工地實驗室復檢的扭矩系數(shù)貼合施工現(xiàn)場，控制螺栓施擰的時間，預拼場的螺栓施擰安排在每天上午9：00—15：00。橋址的拼裝根據(jù)調(diào)度計劃提前預計拼裝時的溫度，復檢扭矩系數(shù)時盡量模擬施擰時的溫度[9]。

3.3 終擰扭矩的檢查

根據(jù)技術條件，耐候鋼高強度螺栓連接副的終擰扭矩檢查應在終擰4 h以后、24 h之內(nèi)完成。對每一栓群耐候鋼高強度螺栓連接副按3%的比例、但不少于1套進行終擰扭矩檢查。檢查采用松扣、回扣法進行[10]，在螺栓與螺母及鋼板的相對位置劃一細直線做出標記，然后將螺母擰松約30°左右，再用檢查扳手把螺母重新擰至原來位置(使所劃細線重合)，測取此時的扭矩，該扭矩在0.9Tch～1.1Tch視為合格。Tch按下式計算

Tch=KPd

式中：Tch為檢查扭矩；K為螺栓副扭矩系數(shù)；P為設計預拉力；d為螺栓公稱直徑。

4 高強度螺栓連接施工質量控制系統(tǒng)的應用

本項目還首次在現(xiàn)場使用了高強度螺栓連接施工質量控制系統(tǒng)，扳手的施擰數(shù)據(jù)除了可以存儲在扳手內(nèi)置的存儲卡外[11]，還同步上傳到了后方數(shù)據(jù)服務器?，F(xiàn)場信息輸入通過掃描二維碼的方式，快捷方便不易出錯，系統(tǒng)實現(xiàn)了操作人員、施擰工具、施擰任務3項信息的協(xié)同與關聯(lián)。

5 結語

高強度螺栓連接是鐵路鋼結構橋梁廣泛使用的一種連接形式，但近20年來，橋梁行業(yè)高強螺栓連接技術卻突破不多。拉林鐵路藏木雅魯藏布江大橋作為國內(nèi)鐵路第1座真正意義上的免涂裝耐候鋼橋梁，在高強螺栓連接技術上實現(xiàn)了重要突破：第1次在國內(nèi)使用耐候鋼高強度螺栓;第1次采用新的施工技術條件;第1次采用數(shù)控定扭矩電動扳手作為施擰工具;第1次在工地部署實施高強度螺栓連接施工質量控制系統(tǒng)。

從目前已經(jīng)安裝的8.6萬套螺栓看，效果顯著。耐候高強度螺栓在驗收過程中未出現(xiàn)質量不合格，安裝后未出現(xiàn)一個斷栓情況。在施工技術條件中減去了以往繁瑣的班前和班后標定工作，同時將終擰后的扭矩檢查的工作量由以前的5%降為3%，大大減輕了一線技術人員的勞動強度。同時采用數(shù)控定扭矩電動扳手作為施擰工具后，施工精度大為增加，終擰扭矩檢查全部一次性合格。

目前拉林鐵路藏木雅魯藏布江大橋建設已進入高強度螺栓施擰工作掃尾階段，其實踐經(jīng)驗值得推廣應用到其他項目。