浅析力拓隧道项目的尺寸控制方法
时间：2022-10-16 05:09:02
关键词 隧道 尺寸控制 误差 定位
1、前言
随着公司钢结构市场的不断拓展，承接的新型项目越来越多。2012年5月澳大利亚力拓CarDumper隧道项目正式开工，对于我们来说，这是一个全新的结构样式。因内部需安装矿石传送带等设施，业主对其装配精度有着很高的要求，远远超出了一般钢结构项目。因此，采用何种制作工艺，以及如何控制产品尺寸就成为了我们亟待解决的问题。
2、隧道结构简介
从结构上看，该隧道直径5.45米，全长240米，左右共两条。每条隧道均是由进口段、出口段和12个中间段构成，整条隧道成自下而上的弯曲造型，外设加强环，内有横梁、传送带吊架及扶手栏杆。
本项目的实施难点在于：1、筒体成型及折弯处分段对接尺寸控制；2、内外部附属件安装定位的尺寸控制。
3、隧道制造过程中的尺寸控制
3.1、筒体成型及节段对接的尺寸控制：
本环节的施工步骤为：钢板下料，卷圆，安装外部加强环，节段对接。
隧道筒体是由钢板经过卷制成形后焊接而成，因此对于尺寸需要从钢板下料开始就需严格控制。完成划线后，需要复测钢板的宽度、长度、对角线长，确保钢板形状满足需求，以防止卷圆后错边等问题。为规范筒体的卷制流程，卷圆之前还需在钢板上做好0°、90°、180°、270°、最高点、最低点以及中心刻度线标记，并需标识清楚筒体内外侧，方便卷圆时识别。
将下料结束的钢板送卷圆车间卷制整圆，需要严格控制错位以及错边，本项目的制作要求是错位及错边均不得大于2mm。调整到位后点焊固定，复测圆度及错边量后才能完成焊接，焊接完毕，待筒体冷却后再次送到卷圆车间复圆。最终筒体长度、直接、周长、圆度、错边等均检验合格后，才能进入下一道工序。
由于筒体的直径长达4.7米，卧放时必将因自重而变形，也就无法正常安装外部加强环。为解决这一问题，我们决定将筒体竖放，以消除自重导致的变形；并通过在筒体内部安装12方向的可调支撑杆件，对筒体各向直径进行调整，确保其在24个方向上的直径符合要求，并在此状态下安装加强环，以防止焊接变形。因加强环上还需安装外部底座，因此装配是必须确保其位于筒体中心线上。
加强环安装完毕后，筒体得到了充分的支撑，其刚度已经可以满足卧放要求，并且小节段间的对接也必须在卧放状态下完成。为尽可能的消除对接变形，需要将两个相邻单筒体安放到设定好的滚轮架上，并分别调整每个筒体的位置，直到其中心线及相邻边缘吻合。之后分24点测量错边量，每个点均符合要求才能点焊定位，如有错边超差处还需矫正到位才能继续。完成点焊定位的两个筒体，需在滚轮架上同步转动以完成内外部的1+1焊接。
每个标准节段都是由6个单筒体组成，因此在完成1+1小节段对接后，还需要进行2+2，4+2节段对接，最终形成一个完整的发运段构件。根据项目需要，每个单筒体小节段的长度均需保证误差范围在±3mm，而整个发运段的长度误差允许范围需要确保在±6mm，同时每两个相邻的加强环之间的间距误差也需要控制在±3mm，因此，在节段拼装过程中，不但要反复测量其圆度、错边量、同心度等尺寸，节段及加强环间的长度方向也需要反复测量，务必保证每项指标均符合要求。
3.2、内外部附属件安装定位的尺寸控制：
本环节的施工步骤为：安装筒体外侧吊耳，安装内部横梁、加强板、栏杆支座，安装横梁上传送带吊架耳板，安装节段底部支座。
节段吊耳为60mm厚3m长的高强度钢板，分别安装于左右两个加强环之间，需要焊接到筒体和加强环上。
由于吊耳钢板的厚度太大，长度也较长，若按原设计采用全熔透焊缝，势必导致筒体及加强环的焊接收缩变形，因此我们经过强度计算后，向设计方提出采用局部熔透焊缝加外部角焊缝的形式施焊，这个提议也最终得到了设计方的认可。经实际焊接实验后，发现其导致的焊接变形均在误差允许范围内。
内部横梁、加强板、栏杆支座的安装，就没有这么轻松了。横梁的位置直接影响传送带吊架耳板的定位，其位置的准确性尤为重要。而整个隧道的走势又非水平，而是不断变化向上的蜿蜒曲线，因此除了考虑到横梁的水平及垂直位置外，其安装角度也需要格外注意。为确保这些关键位置属性，我们在此引入了全站仪来帮忙，经过多次测量后，横梁的定位逐渐清晰。为抵抗传送带的震动，横梁和筒体间的焊接采用了全熔透焊缝，并且上下加强板也均采用了全熔透焊接。而栏杆支座的安装就简单多了，只需保证水平和高度上的定位即可。
整个发运节段内的横梁全部安装完毕后，全站仪再一次出场，因为传送带吊架支座的定位需要更加准确，否则现场无法安装吊架的时候就相当麻烦了。
节段底座的位置，也是非常重要的，因现场的混凝土基础已经基本完工，这些支座的定位必须严格符合现场基础的位置。在车间图纸转化时，我们就考虑过这个问题，但实际安装底座时，还是需要借助全站仪等设备的精确性。最终，在反复比对现场反馈的基础数据和各个发运节段底部实测数据后，完成了这些底座的安装。
经过最终的尺寸检验合格后，一个完整的发运节段宣告组装完毕。至今，该项目已经澳大利亚西部矿区完美竣工，并正式投产使用了。
4、结语
罗马不是一天建成的，对于任何一个项目来说，也都是一步一步做出来的。只要掌握了正确的制作方法，从源头开始，严格控制每一块钢板的尺寸，每一个装配环节的尺寸，那么整个项目的制作精度，便也在可控状态之下了。对于此类隧道项目来说，控制好制作精度的关键就在于，从一开始就严格控制好钢板下料、筒体卷圆、节段装配和附属件安装定位等关键环节，决不让任何一个环节的超差风险滋生蔓延。
任何一个新项目，初看陌生复杂，无从下手，但一旦将其按制作步骤分解，它就变成了一个个熟悉的制作环节。即使有些环节精度要求很高，装配过程复杂，只要方法得当，严格把关，尺寸控制问题还是能够完美解决的。
参考文献
1.《现代美国钢结构设计手册》（上、下册）同济大学出版社
2.《2006钢结构焊接规范》上海振华港口机械（集团）股份有限公司译丛
