王昆鹏
中建二局第三建筑工程有限公司 北京 100070
摘要：沪通铁路沪通长江大桥主航道桥采用双塔五跨连续钢桁梁斜拉桥， 28#主塔墩沉井基础结构尺寸为86.9m×58.7m×105m，钢沉井的工厂化整体拼装可保证质量可控、也可减少天气对工期的影响，使钢沉井的制造整体可控。本文重点介绍钢沉井工厂化整体制造的工艺控制。
关键词：沪通铁路；斜拉桥；钢沉井；工厂化；整体拼装
1 工程概况
沪通铁路沪通长江大桥主航道桥采用双塔五跨连续钢桁梁斜拉桥，桥跨布置为（142+462+1092+462+142）m，全长2300m，主桥下层为四线铁路，上层为六车道高速公路， 28#墩为斜拉桥主墩，采用倒圆角的矩形沉井基础，沉井井身顶面平面尺寸为86.9m×58.7m。倒圆半径为7.45m，沉井平面布置为24个12.8m×12.8m井孔。
2 沉井结构形式
28#墩沉井总高105m，其中钢沉井高50m。钢沉井总共分为8节（8m+7×6m），总重约10123吨，其中底节重为1694t，第二节重为1632t，其余标准节重为1133t。为了减少侧壁摩阻力，便于下沉，第一节沉井尺寸较标准节段每侧增加0.2m。
主墩钢沉井材质为Q235B，为了减少侧壁摩阻力，便于下沉，第一节沉井尺寸较标准节段每侧增加0.2m。为方便工厂制造，钢沉井在平面分为35块，每块均设有隔仓板，分块最大重量为62.2t。钢沉井标准节段井壁厚1.8m，隔墙厚1.3m，外圈及隔墙隔舱板厚度为8mm，底节刃脚部分钢板厚度为12mm，竖肋采用∠110×70×6角钢，间距375mm。水平加劲环为□240×16，节段接头处为□260×16、□330×16，水平环底节8m高度间距1.24m，其余间距1.5m；水平及竖向桁架弦杆为∠100×100×6。
图1 沉井结构图
(尺寸以cm计)
3 施工部署
制造场地主要原材下料切割车间、焊接组拼车间、块段制作车间、总拼平台、整体拼装场地，场地总面积约615716㎡。
配置数控切割机18台，门式切割机4台，半自动切割机30台，21米卷板机一台，3.2米三辊卷板机一台，1500T油压机1台，400T油压机1台，400T冷弯机1台，1600吨龙门吊机1台、600吨龙门吊机1台。
4 钢沉井制造方案
4.1 总体质量控制
钢沉井壁板、底板、隔舱板之间焊缝要求水密。
为了便于分块组装时调整水平环接头两侧高差，水平环与壁板间在拼接线附近焊缝留200毫米待组装时水平环调整后补焊。
为了保证块件在起吊和运输过程中不会产生过大变形，起吊运输前应根据实际情况对块件进行临时加固。
根据钢沉井结构图，将沉井块段分成三种类型分别制造：T字型块段、圆弧形块段、十字型块段。
4.2 首节段组拼
钢沉井首节段组拼在船坞内进行，块段制造完成后，利用液压平板车运输至船坞处，1600t龙门吊机将其下放至船坞内。
钢沉井内外刃脚高度不一致，在沉井接高过程中，需用坞墩对刃脚进行抄垫，按照周圈14.1m长布置3个铁坞墩，隔舱14.1m范围布置4个水泥坞墩，从而确保刃脚不会因局部受力过大而破坏。利用NASYS建立刃脚受力验算有限元模型，经计算周圈刃脚处沉井受力强度满足要求，坞墩最大支反力110t；中间隔舱处钢板受力满足要求，坞墩最大支反力116t，单个抄垫荷载为19.3t。
首节段组拼具体步骤如下：
⑴、用激光经纬仪在船坞底板上放线，包括轴线、边线、两端半圆直径线、井壁外壳板轮廓线、分段接缝位、按照沉井刃脚抄垫图纸，将坞墩摆放在指定的位置上，外壁刃脚抄垫采用铁坞墩，内隔墙刃脚抄垫采用混凝土坞墩。并对坞墩顶部进行首次抄平，误差控制在规范之内。标高不够的地方，在坞墩底面用大块钢板抄垫密实。
⑶、将A101块段吊运至坞底，使其轴线与坞底已放样轴线重合。然后吊装A102、A103、A104、B109，并将这五个块段调平，临时固定。最后按照安装顺序吊装其他节段，安装顺序见“图2 首节段块段组拼顺序图”。
图2 首节段块段组拼顺序图
⑷、所有节段吊装完成后，对每节段进行测量复合并调整，使其轴线、相对高差在允许范围之内。将块段初步定位固定，测出其平行间距，并据此决定两分段接缝处的余量，切割余量，解除块段约束，对此块段进行二次定位，定位检验合格后将块段接缝交付焊接。
⑸、完成所有块段接缝的施焊工作后，根据胎架地辅线，用激光经纬仪在顶面桁架上和井壁外壳板上划出桥梁中心线和半圆直径线，为后续施工现场整节段接高拼装提供精确定位依据。
4.3 分段组拼
钢沉井其他节段由分段组拼而成，每节段由两个分段构成。在总拼场地上焊接成A、B两个分段，然后将分段吊装至首节段上接高。拼接顺序见“图3 分段组拼顺序图”。
图3 分段组拼顺序图
5 钢沉井辅助结构
5.1 助浮措施
28#墩钢沉井横桥向截面比较大，在长江浮运过程中，将受到很大的水流冲击力，综合考虑国内拖轮的托运能力和沉井托运过程中安全性，水面以下沉井的高度需控制在8米左右，而沉井在自重状态下水下深度为11米，因此需考虑助浮措施。钢沉井在制造过程中，在第三节段将其中的12个隔舱加一个盖板，盖板由钢板和型钢组成。盖板在车间整体制造，钢沉井第三节段接高完成后，将盖板吊运至船坞内与沉井焊接成一个整体。浮运前，船坞内注水完成后，利用空压机向盖板舱内注入空气，当压力达到140Kpa时停止，在注压过程中，钢沉井逐渐上升，水下高度将由11米逐渐变成8米。助浮措施构造见“图 4 沉井助浮措施构造图”。
图 4 沉井助浮措施构造图
5.2 连通管和进水阀
进水阀用于沉井着床前快速注水下沉，连通管用于吸泥下沉期间平衡内外水头差。根据计算，着床时共需三层进水阀，分别设置在距离沉井底口10米、15米、24米的位置。进水阀直径150cm，每仓安装一个，每层一共35个。连通管采用直径600mm钢管，一共设置5层，其中钢沉井范围内两层，分别设置在距离沉井底口17米、34米的位置。
沉井着床下沉过程中，下层进水阀开启后，待井壁和隔舱内水位升至离进水阀0.5m左右时（或上层进水阀入水后），即可关闭。此时，根据现场实际情况，进行沉井再次精确定位或者打开上层进水阀继续注水，直至沉井着床。此时水位离上层进水阀位置尚有一定距离，可以根据沉井姿态，在需要的隔舱里继续注水压重，以调整沉井垂直度。
进水阀底座在工厂内与钢沉井同时制造。制作时，可根据实际情况适当调整其位置，定位精度要求为：竖向±100mm，水平±200mm。
连通管在工厂内与钢沉井同时制造，定位精度要求为：竖向±100mm，水平±500mm。
连通管默认处于开启状态，待上一层的连通管没入水面之后，即由潜水工将下一层连通管封闭。沉井封底之后，将所有连通管封闭。
6 结束语
沪通长江大桥特大型钢沉井工厂内整体制造、拼装、接高浮运的成功实施，有以下几点体会可供相类似的大型钢沉井施工提供参考：
①桥位处通航条件复杂，船舶流量大，大型钢沉井工厂整体拼装、专业化制造焊接，能减少现场作业，有效缩短工期，提高效率，也能更好的保证钢沉井的制造质量。
②沉井总拼采用1600t大型门吊作为吊运设备可大大的提高作业功效，满足大吨位整节段的起重要求，并且提高了吊装专业的安全性。
③大型钢沉井整体浮运、定位较为复杂，对焊缝的焊接质量要求高，所以落实焊缝质量的检测满足浮运要求对钢沉井整体浮运、定位下沉的顺利完成起到重要作用。
④大型钢沉井结构复杂，对焊缝的各种检测方法（超声波、磁粉、煤油、真空）的有效利用及分配，能真实反映焊接质量的检测结果。
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论文作者:王昆鹏
论文发表刊物:《防护工程》2018年第9期
论文发表时间:2018/9/4
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