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摘 要：钢管混凝土拱桥造形美观、受力科学、经济合理，近年来在很多桥梁建设中得到广泛应用，并成为一道道亮丽的风景线。但由于其制作工序繁多、工艺严格、技术含量高、施工难度大，加工制作过程中的质量控制尤为重要。本文以准朔铁路黄河特大桥钢管拱肋制作为例，着重介绍其加工工艺流程及质量控制等。
关键词：钢管拱桥；制作工艺；质量控制
Abstract: This paper take the Yellow River bridge steel pipe arch rib as an example, mainly introduces the processing technology and quality control.
Key words: steel pipe arch bridge; production process; quality control
中图分类号：U448.22+2 文献标识码： A 文章编号：2095-2104（2012）03-00
1前言
新建铁路朔州至准格尔线黄河特大桥，位于万家寨水库大坝下游19km，采用主拱跨度为360m的上承式钢管混凝土拱结构，主桥承力结构由拱脚基础、钢管混凝土拱、拱上钢架墩及预制梁组成。主跨结构采用提篮型钢管混凝土拱，拱肋计算跨度360m，立面投影矢高60m，矢跨比为1/6，主拱拱轴线采用悬链线，拱轴系数m=2.5。总体布置图如下图所示。
钢管拱立面、平面示意图
主拱结构由两根拱肋与横向联结系组成，拱肋横向设计内倾角为8°，拱肋中心距在拱顶部位为8.335m，拱脚部位为25.2m。较高的精度要求对如此大型的钢结构焊接组装件进行制作加工，要确保加工质量，其工艺手段和质量控制难度较大。
因此要控制好质量，就必须健全责任制，相互配合，加强各道工序的自检和互检，前道工序不合格，后道工序不施工，共同对质量负责。
2质量控制首先要从施工技术准备和基础工作做起
钢管拱肋制作在工厂进行，由于没有一部统一的、切实可行的规范来指导施工，又缺乏经验，对于如何帮助和解决施工中出现的问题是一个重要课题。钢管拱肋节段加工制作开始，我们紧紧围绕质量控制这一难题，研究设计图纸，分析构件结构、尺寸、公差及加工技术要求，统一使用规范及标准等，做好施工前的各项技术准备工作。
2.1首先健全质量管理机构，确定技术负责人；明确场地规划；配置设备能力；校核检测仪器；加工好工装夹具等施工准备。
2.2确保九项质量保证体系：设计、审核、材质、制造、焊接、检验、工艺手段、计量、理化探伤等齐全。在施工过程中，开展全面质量管理，加强每个环节的质量控制，做好自检、互检工作，严把质量关。
2.3考核焊接技工技术，查阅焊工操作许可证及钢印代码，并对上岗焊工进行焊接试验评定，合格后才能上岗，参与拱肋焊接工作。
2.4严格制订施工方案、施工工艺文件、焊接工艺卡片，并通过监理签认后进行施工生产。
2.5每道工序严格按操作工艺方案实施，先试制一段試验段，验收合格后，加工制作才能全面展开。
2.6施工中发现有不合格问题，及时与设计、建设、监理部门进行研究处理，改进工作，达到质量控制的目的。
整个制作过程中，进行全面质量管理是要让参加施工的技术人员和操作工人都知道每道加工工序的质量直接关系到全桥质量的大事，必须从一点一滴做起，切勿疏忽。
3钢管拱肋的加工制作工艺流程
我们参照《铁路钢桥制造规范》TB10212—2009、《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205—2001以及其它相关的规范和规程进行工艺设计，从中发现并解决了许多实际问题，为拱肋制作奠定了一定的基础。
3.1下料
3.1.1下料前核对钢材的牌号、规格、材质、表面质量等相关资料并进行检查；
3.1.2号料严格按工艺套料图进行。钢板及大型零件的起吊转运采用磁力吊具，扁钢加劲板等采用专用吊具起吊，保证钢板及下料后零件的平整度；
3.1.3钢板采用数控等离子或火焰切割下料，主要零件应采用精密切割，手工切割只可用于次要零部件或切割后还须再进行加工的零件。剪切切割仅适用于次要零件或边缘进行加工的零件；
3.1.4零件下料原则上采用预加补偿量一次下料的方法，对于外形尺寸较大的零件采用预加补偿量一次下料后拼板或二次下料的方法，确保组装时零件的外形尺寸精度。
3.2加工
3.2.1主要加工项目有：筒节的卷制、辊圆、节点板以及腹杆孔群的钻孔。
3.2.2主要受力零件进行冷作弯曲时，环境温度不宜低于-5℃，其内侧弯曲半径不得小于板厚的15倍，小于者必须采用热煨，热煨温度控制在900～1000℃之间。弯曲后的圆角外边缘不得产生裂纹。
3.2.3筒节采用三芯辊进行加工和辊圆，使其各项尺寸均满足设计要求。具体流程图如下所示：
3.2.4节点板、腹杆孔群的钻孔主要采用钻孔样板配合摇臂钻床进行完成。
3.3矫正
3.3.1零件矫正宜采用冷矫，冷矫正时的环境温度不宜低于-12℃。矫正后的钢料表面不应有明显凹痕和其它损伤。也可采用机械矫正或热矫正。
3.3.2采用热矫时，热矫的温度控制在600～800℃，严禁过烧。矫正后零件应缓慢冷却，降至室温以前，不得锤击零件钢材或用水急冷。
3.4拱肋钢管接长及内部结构组焊
4焊接质量检验与控制
准朔线黄河特大桥钢管拱肋由板材卷管、组拼到总装，焊缝均要求为Ⅰ级焊缝，焊缝总长度超长，焊接工作量巨大，焊接质量的高低直接影响大桥的使用寿命。因此必须严格制定焊接操作规程及工艺，对焊接坡口、焊条规格、型号、烘烤温度、电流大小、焊接顺序、工装夹具等影响焊接质量的诸多因素实施有效控制，确保焊接质量。
4.1严格制定焊接工艺卡，坚持按焊接工艺施工。特别对焊接工人进行严格考试，并取得相应的合格证书，方能上岗；对于在露天施工时，当湿度大于80%、或风力大于四级、或雨雪天气、或环境温度低于0℃的情况下，必须采取有效保护措施，方能施焊。
4.2根据施焊记录、材质证明书、探伤报告、力学性能报告等资料评定焊接质量。各项资料必须是国家认证的权威机构签认，保证各项指标合格。
4.3为检验焊接焊缝内部的质量，厂内加工的焊件，必须进行全面的超声波探伤，且按比例进行射线探伤。对无法探伤的焊缝实施气刨、凿铲抽检，并随时检查外观质量，不合格部位必须返修合格。
5卧拼过程的质量管理，确保钢管拱肋制作质量符合设计要求
运输段的加工制作质量是全桥拱肋安装质量满足设计要的前提。对于跨长360米的大型拱肋安装，运输段的长度偏差虽然要求很高，但安装时误差累积也难以控制。焊接内应力的释放，搬运、吊装碰撞都会导致拱肋几何尺寸发生变化。因此必须采取控制措施。厂内按照“3+1”式卧拼装。方法是：在试拼场地精确放出预拼装拱肋的大样，将各运输段吊到样台上，对准大样，按要求进行试拼，检验各节点坐标、线型偏差及其对接口间隙、接口错边量等等。根据温度变化等原因进行调整、校正，全部达到要求，焊接好内法兰连接件，达到现场吊运、安装条件。
6结语
准朔线黄河特大桥是目前国内铁路双线拱桥跨度最大的一座钢管拱桥，该桥是准朔铁路的重点、难点和关键控制性工程，在准朔铁路全线起着跨越天堑、连通两岸的重要作用，具有科技含量高、技术工艺要求高、安全质量要求高、施工组织难度大等特点。其中，钢管拱的加工制作是大桥施工的关键环节，在国内没有定型施工工艺及工法标准的情况下，自行编制钢管拱制造规则和焊接工艺评定标准，确保了大桥加工制作的质量要求，创新了特大钢管拱桥的建造技术和工艺。
7参考文献
1）GB 50205-2001 《钢结构工程施工质量验收规范》
2）TB 10212-2009 《铁路钢桥制造规范》
3）JGJ 81-2002《建筑钢结构焊接技术规程》
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：钢管拱桥；制作工艺；质量控制
Abstract: This paper take the Yellow River bridge steel pipe arch rib as an example, mainly introduces the processing technology and quality control.
Key words: steel pipe arch bridge; production process; quality control
中图分类号：U448.22+2 文献标识码： A 文章编号：2095-2104（2012）03-00
1前言
新建铁路朔州至准格尔线黄河特大桥，位于万家寨水库大坝下游19km，采用主拱跨度为360m的上承式钢管混凝土拱结构，主桥承力结构由拱脚基础、钢管混凝土拱、拱上钢架墩及预制梁组成。主跨结构采用提篮型钢管混凝土拱，拱肋计算跨度360m，立面投影矢高60m，矢跨比为1/6，主拱拱轴线采用悬链线，拱轴系数m=2.5。总体布置图如下图所示。
钢管拱立面、平面示意图
主拱结构由两根拱肋与横向联结系组成，拱肋横向设计内倾角为8°，拱肋中心距在拱顶部位为8.335m，拱脚部位为25.2m。较高的精度要求对如此大型的钢结构焊接组装件进行制作加工，要确保加工质量，其工艺手段和质量控制难度较大。
因此要控制好质量，就必须健全责任制，相互配合，加强各道工序的自检和互检，前道工序不合格，后道工序不施工，共同对质量负责。
2质量控制首先要从施工技术准备和基础工作做起
钢管拱肋制作在工厂进行，由于没有一部统一的、切实可行的规范来指导施工，又缺乏经验，对于如何帮助和解决施工中出现的问题是一个重要课题。钢管拱肋节段加工制作开始，我们紧紧围绕质量控制这一难题，研究设计图纸，分析构件结构、尺寸、公差及加工技术要求，统一使用规范及标准等，做好施工前的各项技术准备工作。
2.1首先健全质量管理机构，确定技术负责人；明确场地规划；配置设备能力；校核检测仪器；加工好工装夹具等施工准备。
2.2确保九项质量保证体系：设计、审核、材质、制造、焊接、检验、工艺手段、计量、理化探伤等齐全。在施工过程中，开展全面质量管理，加强每个环节的质量控制，做好自检、互检工作，严把质量关。
2.3考核焊接技工技术，查阅焊工操作许可证及钢印代码，并对上岗焊工进行焊接试验评定，合格后才能上岗，参与拱肋焊接工作。
2.4严格制订施工方案、施工工艺文件、焊接工艺卡片，并通过监理签认后进行施工生产。
2.5每道工序严格按操作工艺方案实施，先试制一段試验段，验收合格后，加工制作才能全面展开。
2.6施工中发现有不合格问题，及时与设计、建设、监理部门进行研究处理，改进工作，达到质量控制的目的。
整个制作过程中，进行全面质量管理是要让参加施工的技术人员和操作工人都知道每道加工工序的质量直接关系到全桥质量的大事，必须从一点一滴做起，切勿疏忽。
3钢管拱肋的加工制作工艺流程
我们参照《铁路钢桥制造规范》TB10212—2009、《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205—2001以及其它相关的规范和规程进行工艺设计，从中发现并解决了许多实际问题，为拱肋制作奠定了一定的基础。
3.1下料
3.1.1下料前核对钢材的牌号、规格、材质、表面质量等相关资料并进行检查；
3.1.2号料严格按工艺套料图进行。钢板及大型零件的起吊转运采用磁力吊具，扁钢加劲板等采用专用吊具起吊，保证钢板及下料后零件的平整度；
3.1.3钢板采用数控等离子或火焰切割下料，主要零件应采用精密切割，手工切割只可用于次要零部件或切割后还须再进行加工的零件。剪切切割仅适用于次要零件或边缘进行加工的零件；
3.1.4零件下料原则上采用预加补偿量一次下料的方法，对于外形尺寸较大的零件采用预加补偿量一次下料后拼板或二次下料的方法，确保组装时零件的外形尺寸精度。
3.2加工
3.2.1主要加工项目有：筒节的卷制、辊圆、节点板以及腹杆孔群的钻孔。
3.2.2主要受力零件进行冷作弯曲时，环境温度不宜低于-5℃，其内侧弯曲半径不得小于板厚的15倍，小于者必须采用热煨，热煨温度控制在900～1000℃之间。弯曲后的圆角外边缘不得产生裂纹。
3.2.3筒节采用三芯辊进行加工和辊圆，使其各项尺寸均满足设计要求。具体流程图如下所示：
3.2.4节点板、腹杆孔群的钻孔主要采用钻孔样板配合摇臂钻床进行完成。
3.3矫正
3.3.1零件矫正宜采用冷矫，冷矫正时的环境温度不宜低于-12℃。矫正后的钢料表面不应有明显凹痕和其它损伤。也可采用机械矫正或热矫正。
3.3.2采用热矫时，热矫的温度控制在600～800℃，严禁过烧。矫正后零件应缓慢冷却，降至室温以前，不得锤击零件钢材或用水急冷。
3.4拱肋钢管接长及内部结构组焊
4焊接质量检验与控制
准朔线黄河特大桥钢管拱肋由板材卷管、组拼到总装，焊缝均要求为Ⅰ级焊缝，焊缝总长度超长，焊接工作量巨大，焊接质量的高低直接影响大桥的使用寿命。因此必须严格制定焊接操作规程及工艺，对焊接坡口、焊条规格、型号、烘烤温度、电流大小、焊接顺序、工装夹具等影响焊接质量的诸多因素实施有效控制，确保焊接质量。
4.1严格制定焊接工艺卡，坚持按焊接工艺施工。特别对焊接工人进行严格考试，并取得相应的合格证书，方能上岗；对于在露天施工时，当湿度大于80%、或风力大于四级、或雨雪天气、或环境温度低于0℃的情况下，必须采取有效保护措施，方能施焊。
4.2根据施焊记录、材质证明书、探伤报告、力学性能报告等资料评定焊接质量。各项资料必须是国家认证的权威机构签认，保证各项指标合格。
4.3为检验焊接焊缝内部的质量，厂内加工的焊件，必须进行全面的超声波探伤，且按比例进行射线探伤。对无法探伤的焊缝实施气刨、凿铲抽检，并随时检查外观质量，不合格部位必须返修合格。
5卧拼过程的质量管理，确保钢管拱肋制作质量符合设计要求
运输段的加工制作质量是全桥拱肋安装质量满足设计要的前提。对于跨长360米的大型拱肋安装，运输段的长度偏差虽然要求很高，但安装时误差累积也难以控制。焊接内应力的释放，搬运、吊装碰撞都会导致拱肋几何尺寸发生变化。因此必须采取控制措施。厂内按照“3+1”式卧拼装。方法是：在试拼场地精确放出预拼装拱肋的大样，将各运输段吊到样台上，对准大样，按要求进行试拼，检验各节点坐标、线型偏差及其对接口间隙、接口错边量等等。根据温度变化等原因进行调整、校正，全部达到要求，焊接好内法兰连接件，达到现场吊运、安装条件。
6结语
准朔线黄河特大桥是目前国内铁路双线拱桥跨度最大的一座钢管拱桥，该桥是准朔铁路的重点、难点和关键控制性工程，在准朔铁路全线起着跨越天堑、连通两岸的重要作用，具有科技含量高、技术工艺要求高、安全质量要求高、施工组织难度大等特点。其中，钢管拱的加工制作是大桥施工的关键环节，在国内没有定型施工工艺及工法标准的情况下，自行编制钢管拱制造规则和焊接工艺评定标准，确保了大桥加工制作的质量要求，创新了特大钢管拱桥的建造技术和工艺。
7参考文献
1）GB 50205-2001 《钢结构工程施工质量验收规范》
2）TB 10212-2009 《铁路钢桥制造规范》
3）JGJ 81-2002《建筑钢结构焊接技术规程》
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。