卢塞尔体育场项目质量控制及关键工艺研究

杜冰冰　王笛　阙子雄　水峰　冯林涛　胡诚安　邓鹏明

摘要：针对卢塞尔体育场项目，详述工厂制作时本项目的QA/QC质量管理，制定了项目检验和检测计划ITP，详述人员资质、材料管理、项目检验等具体要求。同时以典型柱脚节点为例进行关键工艺研究，通过制作工艺研究、小夹角焊接技术、大截面端铣技术、大角度坡口开设等技术的应用，实现本工程构件质量控制要求。

关键词：QA/QC质量管理;ITP;工艺研究

中图分类号：TG457.2+1 文献标志码：B文章编号：1001-2303（2020）03-0120-06

DOI：10.7512/j.issn.1001-2303.2020.03.22

1 工程概况

卢塞尔体育场是2022年卡塔尔世界杯主场馆，是一种大跨度索杆结构。设计灵感来自于几个世纪以来中东地区使用的碗和器皿，效果图如图1所示。

其中钢结构主要由V形柱、压环和Vessel（容器结构）三部分组成，材质主要为S355J2、S355J2H、S355NL，典型节点分析如图2所示。

2 工程特点及重难点分析

卢塞尔体育场作为2022年世界杯主场馆，将承担开幕式、揭幕赛、决赛、闭幕式等多项重任，建成后将成为卡塔尔的国际化地标建筑，其重要性不言而喻，工程的特点和重难点如下：

（1）质量管理的重要性。本工程对质量精度、安全和外观要求非常高，如何运行一套完善的质量管理体系是保证工程是否顺利完工的难点之一。

（2）结构复杂性。典型节点如柱脚、压环、V-frame柱，结构中心线不在一个平面内，结构复杂，拼装难度大，如何保证节点的尺寸是制作控制的难点之一。

（3）焊接高难度性。钢板最厚90 mm，小夹角部位多，节点内部隔板密集，施焊空间狭小，焊接难度大，如何保证焊接质量是制作的难点之一。

3 建立QA/QC质量管理体系

工程采用欧标标准进行验收，按照EN1090-2EXC3等级要求执行。项目要求从原材料钢板出厂开始至项目完工，所有材料的制作、加工、安装等必须由独立的第三方检测机构全程跟踪，并出具报告。为了保证场馆的绝对安全，所有的密闭空间必须提供影像资料，由监理旁站密封。所有的构件偏差必须符合欧标相应标准，焊接坡口大小、间隙等必须监理检查合格才能施焊。上述要求比以往工程都更为严格，必须制定一套完善的质量管理体系并坚决执行才能保证工程的顺利进行。

针对本工程制定的QA/QC质量管理体系内容主要有以下几个方面：

（1）项目检验和检测计划ITP。

编制项目检验和检测计划ITP，具体内容不再罗列，根据ITP制定表1中17项检验项目表格，作为完工资料上报审批并存档。

（2）制作验收主要标准 如表2所示[1-3]。

（3）钢结构加工制作工艺技术文件。

按照EN 1090-2 EXC3的要求编制工艺文件进行构件加工、组装、焊接、检验等工序。工艺文件內容包括制作要领、焊接要领、焊接计划和检验要领等部分。

（4）人员资质。

本项目要求具有IWE、CWI资质的人员担任焊接技术、检测的主要负责人。无损检测人员符合EN

473 II或ISO 9712二级检测资质。根据工程需要依照EN ISO15614标准制定了本工程的焊接工艺评定项目，共计43项，在WPS基础上，根据EN 287-1标准组织焊工进行欧标取证工作。根据工程结构类型和焊缝等级要求，分别进行了取证工作，如表3所示，图3为焊工取证照片。

（5）材料管理。

所有原材料及其生产厂家品牌等均需报甲方后提交业主审批，通过后方可进行采购。所有原材料均需提供符合相应标准的材料质保书，如没有原材料质保书，需由授权检测机构进行原材料复试并出具检测报告，具体详见ITP。

①原材料检测。

检验项目：尺寸、外观、规格，有Z向性能要求的和厚度≥40mm的钢板、钢管，逐张、逐根进行UT探伤，满足EN 10160 S1E0级要求，并做好记录。

②原材料追溯管理。

a. 本工程钢材入场后由材料员负责保管，按照规格单独堆放，并采用标识牌标识，标识牌包括材质类型、规格、内控号等信息，如图4所示。

b. 钢板复验要求：材料原则上在厂家生产过程中见证取样进行复试，到厂后原材料根据项目要求抽样复试。

c. 材料需要从质保书炉批号、材质内控号追溯到下料后的零件号，再到最终的构件号。

d. 下料管理：根据套料图中对应的内控号来领用材料，内控号都是唯一的，不得乱用其他规格的材料代用。切割下料时，根据套料要求每个零件上标识零件号、内控号、配送班组。

③焊材管理。

选用等级与母材S355J0 & S355J2相匹配的焊材，须出具符合相应标准的质保书。

（6）空洞管理。

本工程所有隐蔽区域（简称空洞）必须监理旁站检测，并在密闭前、密闭过程、密闭后各提供2张照片资料存档，拍摄时要求标记构件号、空洞号、图纸号，并且要求照片中显示当时时间地点（见图5）。

4 典型节点工艺研究[4-5]

以柱脚节点为例，详述节点的制作关键技术及质量控制。

4.1 螺栓孔精度保证技术

柱底板厚度90 mm，截面2.8 m×2.4 m，均为高强螺栓孔。为了保证孔位精度和底板平面度，采用整体下料，在大型数控机床整体钻孔。钻孔前，首先划制十字中心线，并根据十字中心线从中间向两边划制孔位中心线，形成矩形控制网。孔位对角线距离，孔位间距偏差控制在1 mm以内。钻孔时底板在机床上固定，从中心向两边钻孔。

4.2 装配工艺要点

①如图6所示，先进行底板1与夹板2的组装，焊缝要求为全熔透一级，夹板2厚度80 mm，采用K型坡口形式，如图7中焊缝形式①所示。焊接前对夹板2进行加固，减少变形，焊接后进行探伤检测，合格后，矫正两板之间的角变形。

②如图8所示，两侧箱体在地面放样单独组拼，然后再与底板和夹板拼装，最后进行焊接。板3、板5、板7、板9为弯扭板件，由于弯扭较小，在平台上通过火焰矫正的方式进行成型，然后再拼装成箱体，焊缝形式如图7中焊缝形式②所示。为了保证端部尺寸，箱体端部预留500 mm暂不焊接。箱体与底板组装时加放3 mm焊接收缩余量。

③箱体内部加劲板布置如图9所示。加劲板装配顺序如图10所示。加劲板及周围的焊缝采用图7中的焊缝形式③。此流程中加劲板众多，分步组装步骤多，必须严格按照装配流程制作，并进行隐蔽报验。

④如图11所示，装配外部的箱型牛腿N1、N2。N1和N2首先在组装平台上散拼，并进行焊接，然后再与主体进行装配。

4.3 焊接技术

①采用CO2气体保护焊进行焊接。焊材选择大西洋焊丝CHW-50C6，直径为φ1.2 mm。电流220～300 A，电压24～34 V，焊接速度25～38 cm/min。焊前预热：采用火焰预热，预热温度不得低于100 ℃，预热加热宽度为焊缝两侧各100 mm，测温点在离电弧经过前的焊接点各方向50 mm处。焊接过程采用对称施焊、多层多道焊。控制热输入，层间温度不超过250 ℃。层间温度测量点在焊道的起始点。

②小夹角焊接技术：如图12所示，C为局部放大图，箱体与中间部位的夹板角度小于30°，采用常规工艺从外部焊接没有办法做到全熔透。针对此种小夹角焊接部位，首先从外部进行打底焊接，然后从内部进行清根，之后在内侧进行焊接，焊脚大小为板厚的1.5倍。

4.4 空间三维测量技术

钢构件制作过程中及完毕后，均采用全站仪对关键点位进行检测，关键控制点偏差在2 mm以内。关键控制点为每个箱体的端部四个角点，底板四个角的孔位中心点，三维测量示意如图13所示。

4.5 大截面端铣技术

为了达到底板平面度偏差0.5 mm的技术要求，底板采用整体端铣技术（见图14）。底板端铣量3～4 mm，为了保证底板的有效厚度，底板在下料时加厚5 mm余量。采用激光测距仪不断调整底板与端铣机床之间的距离，保证偏差在1 mm范围内再进行端铣。端铣后精度在0.1 mm以内。

4.6 外观保证技术

本工程外观要求极高，所有焊缝要求打磨，不允许存在焊道（见图15）。打磨最常见的问题是打磨过度导致凹坑，而规范要求焊缝不能低于母材。打磨过度的原因主要是打磨方法不对，经过经验分析，制定具体的打磨措施如下：

①主焊缝：先砂带机粗磨留0.5 mm左右，再粗砂轮细磨，最后抛光片精磨。

②局部凹坑：修补后再打磨抛光，禁止直接打磨。

③T型接头焊缝，采用粗砂轮细磨，然后采用角磨机打磨圆滑，最后抛光片精磨。

4.7 油漆施工技术

本工程油漆采用佐敦品牌，施工前由技服对工厂参与人员进行培训取证工作，施工过程中技服全程参与，对油漆施工质量进行监督管理，并出具施工报告。

油漆施工关键控制点：施工环境、除锈质量、油漆配比、底漆质量、中间漆质量、附着力检测等。

4.8 大角度坡口开设技术

箱体存在大角度开设坡口的情况（见图16），坡口开设难度大。a1为斜度，a2为坡口角度，a2要求为35°，但是当a1较大时，a2要求的35°难以开设，因此按照以下原则执行：（a1+a2）值最大到70°。关键技术：①先下料，再开设坡口;②坡口开设前必须预热，温度约为150 ℃;③为了保证坡口面直线度，必须预留3 mm钝边。

4.9 包装运输

本项目构件由上海港船运至卡塔尔，大件采用散拼发货（见图17），小件采用集装箱发货。所有构件与打包架接触时必须要有珍珠棉或其他缓冲材料，打包架不能和产品直接接触。打包架的强度和刚度应能满足构件的要求;集装箱运输时，应对装箱的构件进行良好的固定，确保构件在运输过程中不发生损坏。每包要表明重心点和吊点。构件倒运时应使用吊带或吊点。具体包装要求见包装技术方案。

5 结论

本文详述了本项目的QA/QC质量管理，制定了详细的项目检验和检测计划ITP。同时以典型柱脚节点为例，进行关键工艺研究，实现了本工程构件质量精度控制要求，取得了良好的效果，同時为类似工程提供借鉴和参考。

参考文献：

[1] BS_EN_1090-2，钢结构的施工技术要求[S].

[2] BS EN ISO 9606-1，焊工考试 第一部分 钢[S].

[3] QCS 2014，卡塔尔施工技术规范[S].

[4] 戴为志，高良. 建筑钢结构工程焊接技术及实例[M]. 北京：化学工业出版社，2010.

[5] 戴为志. 建筑钢结构焊接技术发展趋势[J]. 电焊机，2011，41（8）：1-3.