浅谈工厂化机械加工型钢施工技术

刘国杰

摘要：介绍了工厂化机械加工型钢的施工技术，解决了传统隧道型钢拱架加工存在的质量难以管控等问题，为以后在施工现场进行工厂化流水线作业打下了良好的基础，使隧道初期支护安全质量有了源头保证。

关键词：型钢；拱架加工；冷弯；焊接

中图分类号：TU755文献标识码：A 文章编号：2095－6835（2014）08－0066－02

传统隧道型钢拱架加工是在隧道洞口附近采用小型设备进行小作坊式加工，往往存在质量难以管控等问题，影响了隧道的安全施工。如何保证型钢加工质量、控制初期支护安全成为本工程的安全质量管控要点。型钢机械化加工工厂将彻底改变传统隧道施工型钢拱架加工、安装安全质量隐患突出的弊端。

1工程概况

中铁三局五公司承揽的广通至大理铁路扩能改造工程中二标段共有6个隧道，总长度为4.829 km，钢拱架工程量约为7 315 t。

2工厂化加工优势

2.1经济效益高

通过建立机械化型钢加工厂减少了人员和设备的投入，降低了成本，提高了工作效率，与传统加工方式相比具有较高的经济效益。传统的拱架加工位于隧道洞口，场地局限性大，难以进行标准化布局，且占用临时用地多，人员、设备重复投入量大，产能低（每天3～5榀）。采用工厂化加工型钢拱架占地面积相对较小，采用专业设备实行工厂化流水线作业，设备吊运全部使用龙门吊吊装，减少了工人作业劳动强度，节省了人力、物力；采用工厂化布局，便于安全质量管理，生产效率高（每天15～18榀）。

2.2保证加工质量

钢拱架集中加工时，配备了统一的机械设备，采取了统一的生产工艺和管理措施，从而保证了型钢拱架的质量，使隧道初期支护安全质量有了源头保证。

2.2.1加工工艺标准

由于采用了专业设备，实行流水线作业，每道工序都有专业技术人员依照质量标准控制加工质量。专业设备、专业技术人员、专业施工标准保证了型钢拱架的加工质量。

2.2.2加工精度高

由于采用了先进的施工机械设备，型钢各部位加工精度高，进一步提升了拱架的质量，且便于拱架现场安装。

2.2.3管理集中

型钢拱架实行工厂化加工后，隧道所有拱架在工厂加工，生产单一、管理集中，再加上严格的数量控制措施，杜绝了偷工减料的可能性，为隧道的施工安全提供了有力保证。

3施工工艺流程和操作要点

3.1施工工艺流程

型钢拱架施工工艺流程见图1.

3.2操作要点

3.2.1工字钢弯曲

工字钢弯曲是型钢拱架成型

的关键。工字钢冷弯采用WGJ-250

型冷弯机，冷弯时将工字钢放在

冷弯机上，由两个电机带动减速

机转动，靠摩擦力带动工字钢行

走，从而达到弯曲效果（见图2）。

通过量取工字钢的外弧长、外弦

长和弦高（见图3），对工字钢弯

曲的弧度进行校对，符合所需弧

度后方可进行批量生产，并对每

一节工字钢进行校对，防止在弯

曲过程中由于液压千斤顶的自卸

和工字钢的回弹，造成工字钢弯

曲弧度达不到设计要求。如果发现工字钢弯曲超标，应及时纠正，一直到弯曲达到所要求的弧度。达到设计所需的弧度后关闭液压系统，启动机械传动系统，使主动滚轮转动并依靠摩擦力带动型钢平稳缓慢前行，从而实现连续冷弯作业。

图2工字钢冷弯 图3工字钢冷弯后测量

弯曲完成后将工字钢吊至半成品加工区，在冷弯结束后，关闭机械传动系统，同时启动液压系统，使液压缸收回。

3.2.2工字钢的切割

吊至半成品加工区完成弯曲后的工字钢，要将多余部分切割掉。切割时采用手工火焰切割机进行切割。开始切割时，先用预热火焰加热金属边缘，通过乙炔和氧气燃烧产生的热量预热金属表面，使预热处金属达到燃烧温度，即在割件表面层呈现将要熔化的状态时，再放出高压氧进行切割。切割时割嘴与被切割金属表面的距离应根据火焰焰心长度来决定，最好使焰心尖端距割件1.5～3 mm，绝不能使火焰焰心触及割件表面。

Introduction to the Application of the Project Cost Management in Construction Project Cost

He Derong

Abstract: The application of project cost management in construction cost of the analysis, it proposes strengthening the construction cost of the project cost management strategies applied in order to constantly improve the level of construction cost, and promote the development of construction projects.

Key words: construction; cost; project; costs

为了保证割缝质量，在整个切割过程中，割嘴到割件表面的距离应保持一致，从而达到切割工字钢的目的。

3.2.3剪板

将钢板用CG1-30B型双割炬半自动切割机切割成固定宽度板条（见图4）。在使用前必须仔细检查切割机各部位，同时要检查气体分配各阀门、割炬和连接通路，然后点火并观察火焰是否正常。确定无误后再在被切割钢板上放平特制轨道，根据切割厚度选好割嘴，调整速度后方可进行切割。切割完成后用WGJ-250液压联合冲剪机裁成所需尺寸（见图5）。

图4板条切割图5连接板剪切

3.2.4连接板冲孔

连接板的冲孔同样也是利用WGJ-250液压联合冲剪机完成。钻孔前设置钻孔参数，包括孔径、孔深、孔间距等，然后安装钻头，再将工件加牢。加牢工件后启动冲剪机进行冲孔，液压缸产生的液压压力经杠杆增力放大后转化为冲压工作压力将钢板的分子间结构分离，使其脱离，达到冲孔的效果。一个连接板钻孔时间为2 min。

3.2.5型钢与连接板的焊接

工字钢与钢板焊接，要求钢板与工字钢保持垂直，位置统一，焊缝饱满。焊接采用CO2气体保护焊，由于CO2气体保护焊电弧可见性好，有利于观察，焊丝能准确对准焊接，不会产生焊接夹渣、裂纹、砂眼、假焊、焊缝不饱满等缺陷。

焊接过程中将CO2气体保护焊枪安装在设备上，依靠人工操作设备，通过设定参数，进行手动焊接，完成钢拱架型钢的焊接。

CO2气体保护焊是以CO2为保护气体进行焊接，主要由电源、控制箱、供气系统、送丝机构、焊枪等组成。焊接工序分为以下三步：①焊接前调节好焊接参数，左手拿面罩，右手拿焊枪，打开气阀开关，提前送气。②启动按钮，接通焊接电源，送出焊丝，将焊丝与焊件短路，引燃焊接电弧，使焊机进入正常工作状态。③将构件起始端充分融合后，使焊丝保持一定的高度（一般为不焊丝直径的10倍）和角度，按选定的速度沿接缝前移，焊接时，焊丝沿导电嘴连续送进，CO2气体按一定的流量由喷嘴不断流出，焊丝末端、电弧、熔池被CO2气体包围，从而使焊接区形成一个封闭区，随着焊枪丝的移动，熔池凝固形成焊缝。焊接结束后，注意将弧坑填满，然后松开焊枪手柄后的上的羟基，焊丝便停止送进，电弧也将熄灭，但要继续送入CO2气体保护熔池。经过一段时间后，再将羟基全部松开，关闭气阀，停止送气。

CO2气体保护焊有以下几个优点：①焊接成本低。由于CO2气体和焊丝的价格低廉，因此焊接成本低。②焊接变形小。由于电弧热量集中、线能量低，CO2气体具有较强的冷却作用，使焊件受热面积小，特别是焊接薄板时，变形很小。③生产效率高。CO2气体保护焊的电流密度大，电弧热量集中，焊丝的熔化效率高，母材的熔透厚度大，焊接速度快，焊后不需清渣，因此能够显著提高生产效率，同时也节省电能。④电弧可见性好。采用CO2气体保护焊有利于观察，焊丝能准确对准焊接件。

3.2.6型钢拱架的检测

对型钢拱架进行检测时（见图6），应设置专门的拱架检测模型，型钢冷弯、焊接加工完成后，在检测模型上试拼，合格后，在成品区内进行分类存放（见图7）。

图6拱架检测 图7拱架存放区

3.2.7型钢拱架的数量控制

各个隧道作业施工队提前15 d填报生产计划，加工厂按照施工填报计划提前3 d将检测合格的型钢拱架运至施工现场。生产和领取过程必须由施工队队长、隧道经理部、专管生产副经理签认，生产和使用过程同时建立出场台账和使用台账。

施工作业队每月对型钢拱架生产、使用数量进行汇总，对照施工生产进度和设计图纸核对拱架需求量，确保拱架使用数量与设计数量保持一致，杜绝偷工减料行为。

3.3其他操作要点

3.3.1冷弯

冷弯时应注意弯曲模具要严格按拱架各单元的弧度制作，否则冷弯后的型钢与设计尺寸不符，直接导致拱架各单元不能精确拼装；冷弯平台要保持水平，弯曲模具严格与冷弯平台垂直，否则容易导致弯曲后的型钢扭曲；测量工字钢的水平度，超标时，及时进行纠偏；工字钢冷弯完成后，测量冷弯型钢的弧度、水平度等指标，即使各项指标符合要求，也要进行二次顶推，防止型钢弯曲回弹。

3.3.2剪板

剪板时剪板机工作平台要保持水平；剪板前在剪板机上设置好所剪切板的相关尺寸；尺寸挡板紧贴钢板端头，剪板机上的压板圆柱要紧紧压住钢板；调整好板厚与入口间隙，距离为1.2 mm；用脚踩住脚踏开关，切刀自动向下切割钢板。

3.3.3钻孔

钻孔时联合冲剪机操作箱夹件平台要保持水平；冲孔前，要将工件夹紧，方可开动机器；钻孔完成后，待钻床自动停止工作后，方可取出工件。

3.3.4焊接

焊接时需注意以下几点：焊接前调节好焊接参数，打开气阀开关，提前送气；焊接时，焊丝从导电嘴伸出的长度为10～15 mm，焊接速度为18～36 m/h，送丝的速度决定了焊接电流的大小，送进速度要均匀；焊接过程中，CO2气体要不断流出，焊丝末端、电弧、熔池要全部被CO2气体包围，使焊接过程飞溅降低到最小程度，焊缝成型良好。

4结束语

工厂化机械型钢加工在中铁三局五公司尚属首次运用，集中设置型钢加工厂，进行机械化施工能够有效提高企业生产效率、降低生产消耗、控制产品质量，为以后在施工现场进行工厂化流水线作业打下了良好的基础。

工厂化机械型钢在本工程中的应用，实现了工厂化机械加工钢拱架的流水线作业，保证了型钢拱架的本体质量，使隧道初期支护安全质量有了源头保证。

〔编辑：刘晓芳〕

On Construction Technology Machining Steel Factory

Liu Guojie

Abstract: This paper introduces the construction technology machining steel factory, to solve the quality of traditional steel arch tunnel existed difficult process control and other issues, at the construction site for the future factory assembly line work has laid a good foundation for the initial tunnel support with the source of safety and quality assurance.

Key words: steel; gantry machining; cold-formed; welding

CO2气体保护焊有以下几个优点：①焊接成本低。由于CO2气体和焊丝的价格低廉，因此焊接成本低。②焊接变形小。由于电弧热量集中、线能量低，CO2气体具有较强的冷却作用，使焊件受热面积小，特别是焊接薄板时，变形很小。③生产效率高。CO2气体保护焊的电流密度大，电弧热量集中，焊丝的熔化效率高，母材的熔透厚度大，焊接速度快，焊后不需清渣，因此能够显著提高生产效率，同时也节省电能。④电弧可见性好。采用CO2气体保护焊有利于观察，焊丝能准确对准焊接件。

3.2.6型钢拱架的检测

对型钢拱架进行检测时（见图6），应设置专门的拱架检测模型，型钢冷弯、焊接加工完成后，在检测模型上试拼，合格后，在成品区内进行分类存放（见图7）。

图6拱架检测 图7拱架存放区

3.2.7型钢拱架的数量控制

各个隧道作业施工队提前15 d填报生产计划，加工厂按照施工填报计划提前3 d将检测合格的型钢拱架运至施工现场。生产和领取过程必须由施工队队长、隧道经理部、专管生产副经理签认，生产和使用过程同时建立出场台账和使用台账。

施工作业队每月对型钢拱架生产、使用数量进行汇总，对照施工生产进度和设计图纸核对拱架需求量，确保拱架使用数量与设计数量保持一致，杜绝偷工减料行为。

3.3其他操作要点

3.3.1冷弯

冷弯时应注意弯曲模具要严格按拱架各单元的弧度制作，否则冷弯后的型钢与设计尺寸不符，直接导致拱架各单元不能精确拼装；冷弯平台要保持水平，弯曲模具严格与冷弯平台垂直，否则容易导致弯曲后的型钢扭曲；测量工字钢的水平度，超标时，及时进行纠偏；工字钢冷弯完成后，测量冷弯型钢的弧度、水平度等指标，即使各项指标符合要求，也要进行二次顶推，防止型钢弯曲回弹。

3.3.2剪板

剪板时剪板机工作平台要保持水平；剪板前在剪板机上设置好所剪切板的相关尺寸；尺寸挡板紧贴钢板端头，剪板机上的压板圆柱要紧紧压住钢板；调整好板厚与入口间隙，距离为1.2 mm；用脚踩住脚踏开关，切刀自动向下切割钢板。

3.3.3钻孔

钻孔时联合冲剪机操作箱夹件平台要保持水平；冲孔前，要将工件夹紧，方可开动机器；钻孔完成后，待钻床自动停止工作后，方可取出工件。

3.3.4焊接

焊接时需注意以下几点：焊接前调节好焊接参数，打开气阀开关，提前送气；焊接时，焊丝从导电嘴伸出的长度为10～15 mm，焊接速度为18～36 m/h，送丝的速度决定了焊接电流的大小，送进速度要均匀；焊接过程中，CO2气体要不断流出，焊丝末端、电弧、熔池要全部被CO2气体包围，使焊接过程飞溅降低到最小程度，焊缝成型良好。

4结束语

工厂化机械型钢加工在中铁三局五公司尚属首次运用，集中设置型钢加工厂，进行机械化施工能够有效提高企业生产效率、降低生产消耗、控制产品质量，为以后在施工现场进行工厂化流水线作业打下了良好的基础。

工厂化机械型钢在本工程中的应用，实现了工厂化机械加工钢拱架的流水线作业，保证了型钢拱架的本体质量，使隧道初期支护安全质量有了源头保证。

〔编辑：刘晓芳〕

On Construction Technology Machining Steel Factory

Liu Guojie

Abstract: This paper introduces the construction technology machining steel factory, to solve the quality of traditional steel arch tunnel existed difficult process control and other issues, at the construction site for the future factory assembly line work has laid a good foundation for the initial tunnel support with the source of safety and quality assurance.

Key words: steel; gantry machining; cold-formed; welding

CO2气体保护焊有以下几个优点：①焊接成本低。由于CO2气体和焊丝的价格低廉，因此焊接成本低。②焊接变形小。由于电弧热量集中、线能量低，CO2气体具有较强的冷却作用，使焊件受热面积小，特别是焊接薄板时，变形很小。③生产效率高。CO2气体保护焊的电流密度大，电弧热量集中，焊丝的熔化效率高，母材的熔透厚度大，焊接速度快，焊后不需清渣，因此能够显著提高生产效率，同时也节省电能。④电弧可见性好。采用CO2气体保护焊有利于观察，焊丝能准确对准焊接件。

3.2.6型钢拱架的检测

对型钢拱架进行检测时（见图6），应设置专门的拱架检测模型，型钢冷弯、焊接加工完成后，在检测模型上试拼，合格后，在成品区内进行分类存放（见图7）。

图6拱架检测 图7拱架存放区

3.2.7型钢拱架的数量控制

各个隧道作业施工队提前15 d填报生产计划，加工厂按照施工填报计划提前3 d将检测合格的型钢拱架运至施工现场。生产和领取过程必须由施工队队长、隧道经理部、专管生产副经理签认，生产和使用过程同时建立出场台账和使用台账。

施工作业队每月对型钢拱架生产、使用数量进行汇总，对照施工生产进度和设计图纸核对拱架需求量，确保拱架使用数量与设计数量保持一致，杜绝偷工减料行为。

3.3其他操作要点

3.3.1冷弯

冷弯时应注意弯曲模具要严格按拱架各单元的弧度制作，否则冷弯后的型钢与设计尺寸不符，直接导致拱架各单元不能精确拼装；冷弯平台要保持水平，弯曲模具严格与冷弯平台垂直，否则容易导致弯曲后的型钢扭曲；测量工字钢的水平度，超标时，及时进行纠偏；工字钢冷弯完成后，测量冷弯型钢的弧度、水平度等指标，即使各项指标符合要求，也要进行二次顶推，防止型钢弯曲回弹。

3.3.2剪板

剪板时剪板机工作平台要保持水平；剪板前在剪板机上设置好所剪切板的相关尺寸；尺寸挡板紧贴钢板端头，剪板机上的压板圆柱要紧紧压住钢板；调整好板厚与入口间隙，距离为1.2 mm；用脚踩住脚踏开关，切刀自动向下切割钢板。

3.3.3钻孔

钻孔时联合冲剪机操作箱夹件平台要保持水平；冲孔前，要将工件夹紧，方可开动机器；钻孔完成后，待钻床自动停止工作后，方可取出工件。

3.3.4焊接

焊接时需注意以下几点：焊接前调节好焊接参数，打开气阀开关，提前送气；焊接时，焊丝从导电嘴伸出的长度为10～15 mm，焊接速度为18～36 m/h，送丝的速度决定了焊接电流的大小，送进速度要均匀；焊接过程中，CO2气体要不断流出，焊丝末端、电弧、熔池要全部被CO2气体包围，使焊接过程飞溅降低到最小程度，焊缝成型良好。

4结束语

工厂化机械型钢加工在中铁三局五公司尚属首次运用，集中设置型钢加工厂，进行机械化施工能够有效提高企业生产效率、降低生产消耗、控制产品质量，为以后在施工现场进行工厂化流水线作业打下了良好的基础。

工厂化机械型钢在本工程中的应用，实现了工厂化机械加工钢拱架的流水线作业，保证了型钢拱架的本体质量，使隧道初期支护安全质量有了源头保证。

〔编辑：刘晓芳〕

On Construction Technology Machining Steel Factory

Liu Guojie

Abstract: This paper introduces the construction technology machining steel factory, to solve the quality of traditional steel arch tunnel existed difficult process control and other issues, at the construction site for the future factory assembly line work has laid a good foundation for the initial tunnel support with the source of safety and quality assurance.

Key words: steel; gantry machining; cold-formed; welding