徐 恒

中交二航局結(jié)構(gòu)工程有限公司，湖北 武漢 430416

1 鋼圓筒振沉設(shè)備概述

近年來，大直徑鋼圓筒以其獨特的優(yōu)勢被廣泛運用于跨海大橋、人工島、航道治理和海堤護(hù)岸等工程，鋼圓筒振沉設(shè)備作為關(guān)鍵設(shè)備被用于大直徑鋼圓筒的振沉安裝。該類設(shè)備單臺總重接近1000t，直徑超過28m，主要由吊架、共振梁、振動錘組設(shè)備三大部分組成。吊架由軸心、橫梁、圍梁、吊耳、花紋板平臺及其他附屬舾裝件構(gòu)成；共振梁由振動梁、聯(lián)系梁、齒輪箱座及中間軸軸承座等構(gòu)成。

2 鋼圓筒振沉設(shè)備鋼結(jié)構(gòu)建造流程

鋼圓筒振沉設(shè)備鋼結(jié)構(gòu)建造流程包括吊架鋼結(jié)構(gòu)建造、共振梁鋼結(jié)構(gòu)建造，以及12套APE600型液壓同步共振錘組設(shè)備的安裝調(diào)試。

3 吊架鋼結(jié)構(gòu)建造

3.1 吊架制作要求

（1）下料要求：全部采用數(shù)控切割下料，對切割邊緣進(jìn)行打磨處理，確保光滑平整，無裂紋、缺口等，下料尺寸偏差大于5mm的需進(jìn)行二次切割修正或放棄使用。

（2）裝配要求：橫梁和圍梁的工字鋼裝配需在定位焊后每隔500mm加1個斜支撐，確保裝配精度。

（3）焊接要求：吊架焊接扭曲變形的控制是關(guān)鍵，角焊縫的施焊采用雙數(shù)焊工同時從中間向兩邊對稱施焊或采用半自動化角焊機(jī)對稱同步焊接。

（4）焊后要求：焊后及時處理焊縫外觀成型，焊后檢驗合格后，測量直線度，火工調(diào)直，退火消除應(yīng)力。

3.2 吊架組裝要求

（1）軸心定位。按圖紙畫出地樣線，確保地樣線定位尺寸與圖紙的誤差在±1mm以內(nèi)，吊架軸心定位時其軸心中心點需與地樣中心點重合，定位精度檢驗可采用鉛錘法。軸心共12個面，地樣12根主梁中心線分別與12個面的中心線對齊。

（2）吊架主梁安裝。將吊架主梁中心線與地樣線對齊，并用線錘進(jìn)行檢驗，報驗合格后進(jìn)行點焊固定，主梁安裝需要使用全站儀檢測主梁的角度及各主梁之間的間距（誤差范圍：間距±2mm，角度±0.25°）。

（3）吊架吊耳安裝。將主梁或法蘭連接板直接與吊耳進(jìn)行焊接，焊接完成后一并?；鹫{(diào)平，然后整體安裝于主梁上，全站儀檢驗位置檢驗合格后，焊接法蘭連接板與主梁，焊后用全站儀再次檢測角度及各主梁之間的間距（誤差范圍：間距±2mm，角度±0.25°，12個吊耳下面的孔心高必須一致）。

（4）吊架圍梁安裝。畫出吊耳兩邊圍梁安裝的定位線，檢驗合格后安裝圍梁，圍梁全部安裝完成后再次測量吊架吊耳是否有移位（誤差范圍：間距±2mm，角度±0.25°，吊耳與振動錘組連接銷孔高度差為0mm）。吊耳與圍梁的焊接需安排雙數(shù)焊工進(jìn)行對稱施焊，避免焊接過程中因焊接收縮影響整體尺寸，焊后需最后復(fù)查一次吊耳位置數(shù)據(jù)（誤差范圍：間距±2mm，角度±0.25°，吊耳與振動錘組連接銷孔高度差為0mm）。

（5）A字架及其他舾裝件的安裝。A字架、舾裝件安裝前，軸心、主梁、吊耳、圍梁等連接焊縫要全部完工。

3.3 吊架組裝流程

吊架組裝流程如下：吊架軸心安裝定位→主梁安裝定位→吊耳安裝定位→圍梁安裝定位→焊接完工報驗→A字型平臺安裝→油管等附屬件安裝→整體完工報驗及涂裝。

4 共振梁鋼結(jié)構(gòu)建造

4.1 共振梁制作要求

（1）下料要求。振動梁板厚度分別為40mm、60mm、90mm，全部采用數(shù)控切割下料，切割邊緣需進(jìn)行打磨處理，確保光滑平整，無裂紋、缺口等，保證下料精度為±0.5mm，未達(dá)到精度要求的需進(jìn)行二次修正切割或放棄使用。

（2）振動梁裝配要求。裝配嚴(yán)格按構(gòu)件組裝順序組裝。因振動梁板厚且為全熔透焊，焊接量大，收縮量大，為保證其主尺度，裝配需留有足夠余量。

（3）振動梁焊接要求。振動梁主要為厚度為40mm、60mm、90mm的厚板，施焊時焊道填充量特別大，焊接輸入的線能量高，控制冷卻收縮與變形的難度較大，金屬組織熱影響區(qū)殘余應(yīng)力大，且施焊過程中，母材溫度快速升至1000℃以上焊道附近區(qū)域極易出現(xiàn)冷、熱裂紋。為確保焊接質(zhì)量和整體結(jié)構(gòu)精度，高效合理的焊接方法和正確的焊接順序至關(guān)重要。具體焊接控制措施如下。①坡口要求。厚度在40mm以上鋼板均要求使用半自動化設(shè)備開雙V型坡口，坡口角度大小隨板厚增加而增大，將坡口打磨光滑至露出原始金屬光澤，如采用機(jī)加工開設(shè)坡口效果更佳，則無須進(jìn)行打磨處理。②焊前預(yù)熱。焊接前需進(jìn)行100～120℃預(yù)熱處理。另外，裝配時定位焊因鋼材導(dǎo)熱性能強(qiáng)、散熱冷卻快，極易造成定位焊熱影響區(qū)域應(yīng)力集中，導(dǎo)致出現(xiàn)裂紋，因此定位焊前需提高預(yù)熱溫度，加大預(yù)熱面積、焊縫長度及焊腳尺寸。③控制焊接順序。振動梁角焊熔深均要求達(dá)到100%，其結(jié)構(gòu)緊密復(fù)雜，焊接產(chǎn)生的熱量大，焊接導(dǎo)致變形的隱患大，因此正確合理的焊接工藝及順序尤為關(guān)鍵，需安排雙數(shù)焊工進(jìn)行對稱施焊，優(yōu)先焊接橫縱隔板間的立角焊，然后進(jìn)行縱向隔板與頂?shù)装彘g的平角焊，最后進(jìn)行橫向隔板與頂?shù)装彘g的平角焊。④焊接參數(shù)。根據(jù)振動梁的結(jié)構(gòu)特點，焊接電流、焊材直徑等焊接參數(shù)的選取均應(yīng)盡可能小，以減小振動梁焊接區(qū)域的受熱范圍，盡可能減小金屬組織內(nèi)部殘余應(yīng)力和焊接變形。⑤焊后精度檢測。振動梁上直接連接振動錘組和液壓鋼圓筒夾具等設(shè)備，其上下表面的平整度及整體尺寸要求較高，檢測工具需用精度較高的二級激光檢測儀進(jìn)行測量。

4.2 振動梁機(jī)加工

振動梁焊后退火、檢測合格后進(jìn)行機(jī)加工，需按照圖紙要求標(biāo)注出加工基準(zhǔn)點，并檢測加工數(shù)據(jù)，確認(rèn)無誤后方可轉(zhuǎn)至共振梁組裝場地組裝。

4.3 共振梁組裝合攏

搭設(shè)組裝胎架前在地面畫好地樣線，確保胎架剛性，振動梁胎架中線位置需與地樣線重合，為提高定位效率，可先使用線錘進(jìn)行粗定位，再用全站儀進(jìn)行精定位，測量吊機(jī)卸載后振動梁的半徑、間距、平整度等參數(shù)。為提高振動梁安裝定位工效，可以2～3個點同步安裝，聯(lián)系梁僅起連接作用無明確的精度要求，關(guān)鍵點是振動梁的定位，可先確定1個振動梁的位置，然后確定左右兩邊的聯(lián)系梁，注意共振圈組裝時其實際直徑一定要比理論直徑大，確保30mm的焊接收縮余量。

4.4 共振梁焊接

共振圈的振動梁與聯(lián)系梁頂、底板對接縫需同時施焊，并由中心向兩端施焊。采用對稱跳焊法，分3個階段實施，每階段每條焊縫至少完成50%焊接量后，才能進(jìn)行下一階段焊縫的焊接。焊接期間監(jiān)控測量至少2次/d。為盡早將共振圈形成整體，增強(qiáng)對焊接收縮的約束，除了嚴(yán)格按照對稱跳焊法執(zhí)行，同時每道焊縫需分3輪焊接完，避免一次焊完，即首輪僅進(jìn)行焊接打底，少焊接幾道，下一輪再焊接蓋面。共振梁焊縫施焊結(jié)束并經(jīng)檢驗合格后，需進(jìn)行一次焊后測量，此時結(jié)構(gòu)內(nèi)部仍有焊接殘余應(yīng)力及外在變形，需通過退火、校火措施予以消除，處理完后進(jìn)行主尺度完工測量。

焊后檢驗執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)按《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》（GB 50205—2020）及相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求執(zhí)行；全熔透焊縫應(yīng)進(jìn)行100%UT探傷檢驗，對預(yù)制的H型鋼進(jìn)行磁粉探傷檢驗；從事無損檢測的人員需持有船級社認(rèn)可的無損檢測人員資格證書。

精度檢驗要求如下。

（1）圖紙上標(biāo)識的信息按照以下標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行：.X=±.030；.XX=±.010；.XXX=±.005。

（2）平面度允許偏差為±1/16（即±1.59mm）。

（3）角度允許偏差為±0.25°。

（4）共振梁與共振梁間的裝配相對高度偏差為±1mm。

（5）鉆孔的定位精度要求：不大于±1mm；表面拋光要求：不大于±3.2μm。

（6）共振梁制作流程：振動梁裝配、焊接及測量；?；鸺皺C(jī)加工；振動梁及聯(lián)系梁組裝；共振梁焊接；完工報驗。

5 油漆要求

（1）共振梁除銹要求為Sa2.5級。

（2）所有檢驗完成后才能進(jìn)行涂裝，其油漆干膜總厚度為250μm，面漆應(yīng)按業(yè)主提供的APE色卡進(jìn)行選擇。

（3）涂裝參考船舶要求和相關(guān)規(guī)范進(jìn)行階段報驗。

6 結(jié)束語

文章通過優(yōu)化鋼圓筒振沉設(shè)備鋼結(jié)構(gòu)建造工藝的建造流程，實現(xiàn)了對精度、質(zhì)量和周期的良好控制，同時填補(bǔ)了該類大型設(shè)備鋼結(jié)構(gòu)建造的空白，積累了寶貴的經(jīng)驗，具有借鑒意義，進(jìn)一步拓展了在該類型結(jié)構(gòu)建造和修理的市場。