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(lái)，大直徑鋼圓筒以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)被廣泛運(yùn)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(tái)總重接近1000t，直徑超過(guò)28m，主要由吊架、共振梁、振動(dòng)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(tái)及其他附屬舾裝件構(gòu)成；共振梁由振動(dòng)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(duì)切割邊緣進(jìn)行打磨處理，確保光滑平整，無(wú)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(gè)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(shí)從中間向兩邊對(duì)稱施焊或采用半自動(dòng)化角焊機(jī)對(duì)稱同步焊接。

（4）焊后要求：焊后及時(shí)處理焊縫外觀成型，焊后檢驗(yàn)合格后，測(cè)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(shí)其軸心中心點(diǎn)需與地樣中心點(diǎn)重合，定位精度檢驗(yàn)可采用鉛錘法。軸心共12個(gè)面，地樣12根主梁中心線分別與12個(gè)面的中心線對(duì)齊。

（2）吊架主梁安裝。將吊架主梁中心線與地樣線對(duì)齊，并用線錘進(jìn)行檢驗(yàn)，報(bào)驗(yàn)合格后進(jìn)行點(diǎn)焊固定，主梁安裝需要使用全站儀檢測(cè)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(yàn)位置檢驗(yàn)合格后，焊接法蘭連接板與主梁，焊后用全站儀再次檢測(cè)角度及各主梁之間的間距（誤差范圍：間距±2mm，角度±0.25°，12個(gè)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(yàn)合格后安裝圍梁，圍梁全部安裝完成后再次測(cè)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(dòng)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(duì)稱施焊，避免焊接過(guò)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(dòng)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(bào)驗(yàn)→A字型平臺(tái)安裝→油管等附屬件安裝→整體完工報(bào)驗(yàn)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(dòng)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(wú)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(dòng)梁裝配要求。裝配嚴(yán)格按構(gòu)件組裝順序組裝。因振動(dòng)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(dòng)梁焊接要求。振動(dòng)梁主要為厚度為40mm、60mm、90mm的厚板，施焊時(shí)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(guò)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(dòng)化設(shè)備開(kāi)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(kāi)設(shè)坡口效果更佳，則無(wú)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(shí)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(zhǎng)度及焊腳尺寸。③控制焊接順序。振動(dòng)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(duì)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(dòng)梁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，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(dòng)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(cè)。振動(dòng)梁上直接連接振動(dòng)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(cè)工具需用精度較高的二級(jí)激光檢測(cè)儀進(jìn)行測(cè)量。

4.2 振動(dòng)梁機(jī)加工

振動(dòng)梁焊后退火、檢測(cè)合格后進(jìn)行機(jī)加工，需按照?qǐng)D紙要求標(biāo)注出加工基準(zhǔn)點(diǎn)，并檢測(cè)加工數(shù)據(jù)，確認(rèn)無(wú)誤后方可轉(zhuǎn)至共振梁組裝場(chǎng)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(dòng)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(cè)量吊機(jī)卸載后振動(dòng)梁的半徑、間距、平整度等參數(shù)。為提高振動(dòng)梁安裝定位工效，可以2～3個(gè)點(diǎn)同步安裝，聯(lián)系梁僅起連接作用無(wú)明確的精度要求，關(guān)鍵點(diǎn)是振動(dòng)梁的定位，可先確定1個(gè)振動(dòng)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(shí)其實(shí)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(dòng)梁與聯(lián)系梁頂、底板對(duì)接縫需同時(shí)施焊，并由中心向兩端施焊。采用對(duì)稱跳焊法，分3個(gè)階段實(shí)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(cè)量至少2次/d。為盡早將共振圈形成整體，增強(qiáng)對(duì)焊接收縮的約束，除了嚴(yán)格按照對(duì)稱跳焊法執(zhí)行，同時(shí)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(yàn)合格后，需進(jìn)行一次焊后測(cè)量，此時(shí)結(jié)構(gòu)內(nèi)部仍有焊接殘余應(yīng)力及外在變形，需通過(guò)退火、?；鸫胧┯枰韵?，處理完后進(jìn)行主尺度完工測(cè)量。

焊后檢驗(yàn)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)按《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)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(yàn)，對(duì)預(yù)制的H型鋼進(jìn)行磁粉探傷檢驗(yàn)；從事無(wú)損檢測(cè)的人員需持有船級(jí)社認(rèn)可的無(wú)損檢測(cè)人員資格證書。

精度檢驗(yàn)要求如下。

（1）圖紙上標(biāo)識(shí)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(duì)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(dòng)梁裝配、焊接及測(cè)量；?；鸺皺C(jī)加工；振動(dòng)梁及聯(lián)系梁組裝；共振梁焊接；完工報(bào)驗(yàn)。

5 油漆要求

（1）共振梁除銹要求為Sa2.5級(jí)。

（2）所有檢驗(yàn)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(bào)驗(yàn)。

6 結(jié)束語(yǔ)

文章通過(guò)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(shí)現(xiàn)了對(duì)精度、質(zhì)量和周期的良好控制，同時(shí)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(yàn)，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(chǎng)。