安特卫普闸门和开启式钢桥的制作技术探讨

摘要：围绕比利时闸门项目中闸门与桁架钢桥的制作工艺展开探讨，分析制作过程中的施工难点，并提出具体解决措施，最后对其经济效益进行总结，为相关工程提供参考。

关键词：闸门;桁架钢桥;焊接

1    工程概况

比利时闸门项目主要包括四座闸门制作和两座俯仰式桁架钢桥制作两个重要部分，是一个内河码头上的两个重要设施，制造标准使用欧洲EN 1090-2标准，施工等级使用EXC3级，公差要求为等级2，该要求为欧洲标准中的最高要求[1]。

2    比利时闸门

2.1    闸门制作

该项目共4个闸门，每个闸门长约80 m，宽约10.5 m，高约28 m，重约2 500 t。单个闸门结构体积大，整体呈“门”字型框架结构，主结构主要由12 mm、15 mm厚，材质为欧标S355J2+N钢板以及相同材质的T肋、U肋型材组合成片状板单元，再通过H型钢作为直撑和斜撑形成闸门框架。单座闸门在框架底部和端面安装有约50 t的防碰撞硬木，水下部分安装有2 000多块铝阳极，起到防腐蚀作用，中间箱体内部安装有5个系统的功能管系，与下小车、上小车以及一套完整的缠绕系统完成闸门的横向行走，起到在潮起潮落时对码头水平面控制的作用。图1为闸门示意图。

2.2    制作难点与解决措施

本项目采用整体预拼法制造技术来进行闸门制造，制作时主要难点有：

（1）闸门体积非常大，因此对于车间来说如何划分段尤其重要。根据常理判断分段越少越有利于生产，但是结合车间跨度、制造能力、钢厂生产的钢板长度等因素，最终决定将闸门整体分为5段，每段长度13～14 m，每段噸位在500 t左右。

（2）单段箱体合理划分成若干板单元，其壁板板单元面积达400 m2，重约85 t，钢板厚度仅15 mm，外侧面安装有33排三种规格的横向T型加强肋，内侧面安装有4～5排纵向T型加强肋，制作时外形尺寸以及整体平整度控制难度大。根据其结构形式，将单个箱体分段壁板分成两部分进行制造，精确计算拼板、T肋焊接、校正收缩量，以此确保壁板外形尺寸和整体平整度。

（3）闸门结构类同于双层箱体，两段箱体对接时在保证中间箱体不错位的情况下同时需确保外层箱体准确对位。采用5段箱体在车间内整体拼装成型的方法进行制造，以此确保箱体分段之间顺利对接。

（4）闸门箱体分段体积大、重量重，拼装合拢时调整较为困难。在箱体分段出车间之前，根据标志塔上的纵向控制线及车间内标记的等高线，整体画出闸门各分段上的纵向控制线以及等高线，作为外场合拢调整的基准线，并在各分段合拢端口安装好工艺法兰支座。分段转运至拼装场地后，利用液压平板车粗定位，然后使用横移镐进行精确调整。

（5）4座闸门需要约10 000 m2的拼装场地，根据其拼装特性及场地情况，闸门拼装合拢位置无法使用浮吊直接起吊，需将整座闸门整体移位至浮吊起吊范围内吊装上船。单座闸门总重约2 600 t（包含脚手架），使用7台歌德浩夫液压平板车和4台索埃勒液压平板车共11台车对其进行整体移位。

（6）闸门在横向行走过程中，为防止其左右摇摆，控制其行走平衡，在闸门底部安装有两块马氏体不锈钢块（1Cr17Ni2），厚148 mm，宽350 mm，长600 mm。经过多次试验，研究出一种马氏体不锈钢的焊接方法，圆满完成了闸门平衡支撑块的焊接工作。

3    开启式桁架钢桥

3.1    钢桥制作

开启式桁架钢桥全长约100 m，宽约21 m，高约22 m，其中桥面长约71 m。钢桥主要由桥面、桁架、顶部斜撑、自行车道、铸钢组件、直筒体（板厚t=65 mm）及配重箱等部分组成。钢桥旋转铰点设置于两侧桁架上，通过铰轴系统旋转使其可以打开及闭合。该桥桥面及自行车道采用纵横加筋梁的正交异性钢板体系作为桥面系结构，桥面宽度方向设有5组斜度不一的坡度，并在桥面上方装有一组火车轨道，火车轨道直线度及高低差要求高。桁架由上弦、腹杆及下弦三部分组成，上弦为π型箱梁结构，腹杆为工字钢，下弦为四面箱型结构，三者通过焊接连成一体。根据图纸要求，桥在X方向和Z方向均预设拱度，给分段制造、拼装以及尺寸控制带来较大难度。

3.2    制作难点及解决措施

针对以上特点，钢桥制造时，考虑的制作难点有：

（1）钢桥在Z方向上设置拱度，考虑通过以直代曲的方法进行制造。首先，根据钢桥桁架腹板对接缝位置对钢桥桁架进行分段，并做图与理论拱度值进行比对，需满足最大偏差≤3 mm，然后根据桁架分段位置初定桥面分段位置，外方要求桥面上U肋嵌补段对接缝位置距离隔板位置≤500 mm，根据此要求对桥面分段位置再进行调整。

（2）钢桥制作周期短，制作要求高，钢桥上每块钢板图纸中均定义了疲劳等级，根据欧洲标准：疲劳构件上不允许母材损伤，并且不得在疲劳构件上搭焊任何临时构件，疲劳构件对接焊缝需打磨至与母材齐平等高。因此，需改变以往的制作工艺。通常数控下料零件在起弧和收弧位置以及切割至数控胎架位置会产生母材缺陷，针对此情况，在数控此批零件时周圈留有5 mm余量，数控下料后，使用数控镗铣床加工去除余量，并加工出焊接坡口;疲劳构件吊点设置时，将吊耳设置于疲劳等级较低的钢板或未来的对接缝上，并且吊装方案提交用户通过后才可施工。

（3）钢桥桁架分上弦、下弦、腹杆三部分，其中下弦底板伸出耳板与桥面下方大T肋翼板对接，合理设置上弦、下弦以及桥面大T肋收缩余量，确保三者每个开档尺寸精度。

（4）钢桥旋转铰点设置于第五段桁架上，此片桁架上涉及有铰点轴孔、液压油缸顶升轴孔、安全插销轴孔，各轴孔同轴度要求高，并且液压油缸顶升孔和安全插销孔以铰点轴孔为基准，有相应的位置尺寸要求，制作难度大。通过对第五段桁架侧片合理分段、制造以及严格的尺寸控制，来使各项尺寸满足要求。

（5）根据图纸以及欧洲EN 1090标准要求，U肋与桥面板根部未熔透区域≤1 mm，焊喉要求≥U肋板厚。利用传统横焊技术无法满足施工要求，因此项目部设计制造了桥面板单元船型焊胎架，将U肋焊缝由横焊转化为平焊，使用CO2自动焊接小车对U肋焊缝进行焊接，两座桥U肋焊缝熔深全部通过验收。

（6）俯仰式桁架钢桥铰点组件由C460铸钢、C35锻钢、S355NL钢板等特殊材料组合而成，重约50 t。铸钢与S355NL圆筒体为对接焊缝，厚度125 mm;C35锻钢与S355NL圆筒体为角接焊接，焊接厚度100 mm，均为厚板焊接。此组件外形不规则，C460铸钢焊接制造为国内首次，设计制造了一套专用焊接工装，并详细设计了铸钢焊接坡口以及铸钢和锻钢的焊接方法，实现了铸钢件和圆筒体对接缝的自动焊接。

（7）桁架上弦为π型梁，结构不对称，同时带来焊接量不对称的问题[2]，且隔板3 150 mm一档，控制其旁弯和拱度以及扭曲是制作上弦的难题。工艺上在上弦箱体内增加工艺隔板，约1 500 mm一档，同一分段左右侧上弦装配成型后，将其背靠背装配在一起，使用工艺卡马固定形成一个整体，有效解决了结构不对称的问题。

（8）钢桥桥面板厚16 mm，桥截面宽度达15 m，在桥截面上有5个折弯点，形成流水坡。折弯角度大小不一，最大折弯处达120 mm，最小折弯处20.5 mm。根据钢桥截面形状，搭制折弯成型胎架，将钢桥桥面反做（即桥面朝下），使用多个配重压制钢桥桥面线型使桥面与线型胎架接触，然后将制作成型的隔板组件组装到位，定位焊固定，控制桥面线型。

（9）桥面底部有三种规格的加强U肋：分别为200 mm高、250 mm高和350 mm高。其中350 mm高U肋为主结构桥面板下面的U肋，每个桥面分段下面有21排，利用传统的两次折制方法，U肋与折边机干涉，故设计制造350 mm高专用U肋折制压模，一次性折制350 mm高U肋，有效解决了350 mm高U肋制造难题。

4    经济效益分析

4.1    闸门项目

比利时闸门在车间制作时利用了两跨重型车间，每跨车间各自单独制作一个闸门，确保两个闸门同时开工制作。每一跨车间使用面积约为7 800 m2，其中闸门整体成型胎架约为2 000 m2，各板单元制作水平胎架约为5 800 m2。在车间内将两个闸门同时进行整体成型，从板片制作开始到第一个分段出车间，平均施工周期为4个月。两个闸门同时完成后，可继续同时开始制作后面两座闸门，确保了制作的连续性，充分利用了生产资源。在外场拼装时，同时布置了4个外场拼装工位，保证4个闸门可以同时进行总拼，单个闸门在外场拼装到结束，只需要2个月即可完成主焊缝和嵌补段的焊接。在材料方面，针对于大面板的特点，通过提前绘制拼板图，根据拼板图定尺采购钢板，使大板拼板的鋼板利用率达到了98.3%。在焊接方面，由于涉及大量大板的肋以及U肋的角接，工艺上利用了高效的CO2自动角焊焊接技术，节省了人力成本，改善了工作环境，缩短了制作周期，产生的经济效益逾百万元。

4.2    钢桥项目

钢桥项目共投入水平胎架约3 800 m2，成型胎架约2 300 m2，可同时进行两座钢桥板单元的生产制作，内、外场同时确保了在9个月内完成两座钢桥的制造。在有限的场地及有限的时间内完成两座钢桥的制造，在先进的工艺制作技术指导下，充分利用了有限的资源，最高效地完成了任务，同时实现了项目的绿色生产。

5    结语

通过该项目成功制造，在大型闸门及钢桥制作方面，项目部掌握了一套先进且成熟的施工技术体系，为今后国内外大型闸门及俯仰式桁架钢桥制造提供了技术支持，同时也为国家大型基础设施建设提供了前瞻性的技术探索和实践。

[参考文献]

[1] 赵星，罗海生.浅谈数字化技术在比利时安特卫普闸门项目中的运用[J].科技创新与应用，2016（30）：262.

[2] 陈争军.浅谈钢闸门制作过程焊接变形的预防和控制[J].杨凌职业技术学院学报，2019，18（1）：14-17.

收稿日期：2020-01-10

作者简介：赵星（1984—），女，江苏扬州人，工程师，从事路桥工程设计管理方面的工作。