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科技创新为世界第一高桥伸缩关节——山西省交通科学研究院北盘江大桥伸缩缝生产安装纪实
2016-12-12  中国桥梁网 分享到:

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    北盘江大桥伸缩缝安装完成,表面为一层防腐材料。
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   伸缩缝下部结构。
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   精密测量,为百年大桥建造伸缩缝
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   生产车间正在为伸缩缝做防腐准备。

   高桥之上,云雾缭绕似人间仙境;高桥之下,烟雨水绕若世外桃源。北盘江支流河水清澈,参天古木依旧枝叶繁茂,山中时常可见猕猴的身影。

   今年年底,北盘江大桥将全面通车,其缩千里为咫尺,连云贵为一家。随着北盘江大桥正式合龙,山西省交通科学研究院(简称山西交科院)开始为大桥安装“伸缩关节”,该型伸缩缝均由山西交科院所属山西交科桥梁附件有限责任公司(简称山西交科公司)独立设计、生产加工并安装。

   创新设计确保大桥关节能屈能伸

   备受关注的北盘江大桥是浙江杭州至云南瑞丽高速公路毕都段的控制性工程,位于贵州省和云南省交界处,大桥全长1341.4米,桥面到谷底垂直高度达565米,相当于200层楼的高度,超越之前世界第一高桥四渡河特大桥的560米,成为新的世界最高。

   由于大桥处于特殊的地理位置,常年潮湿多雨,且受峡谷横风影响,桥梁主体工程采用钢桁梁结构,仅在大桥两端设置四条伸缩缝,以最大限度保证行车连续性和舒适性,降低行车对梁体结构的冲击作用。因此对伸缩装置提出了更高的要求,除了要良好的适应桥梁的伸缩变化外,还必须具备良好的防腐性能。

   山西交科公司组织曾参加过江阴长江公路大桥2000型伸缩缝、苏通长江公路大桥2080型伸缩缝等研发项目的技术骨干对国内特大型伸缩缝工程进行了详细的技术分析与数据整理,吸取不同形式的伸缩缝生产安装经验,并多次前往北盘江大桥进行实地调研。

   关键部位的特种构件是保障大桥百年使用寿命的秘密武器。此次伸缩缝采用的是等距变位式伸缩缝,其整体结构、缝宽调整系统和关键受力部件均具有公司自主知识产权。该形式的伸缩缝兼具“转轴式”伸缩缝结构简单、受力清晰和“剪力弹簧式”伸缩缝制造简单、互换性好的优点。

   设计单位的技术专家表示,正是因为有了包括伸缩缝在内的创新设计,才使得这座大桥有了能屈能伸的“关节”,在烈日中不会变形,在寒风中也能安之若泰。目前,该型伸缩缝已具有自主知识产权,获得发明专利2项,实用新型专利1项,打破长期以来国内大位移伸缩缝依赖进口的局面。

   技术攻关尽可能使关节与大桥同寿命

   大桥的设计使用寿命为100年,而目前世界范围内,伸缩缝的使用寿命为30到50年,也就是说,在北盘江大桥100年的设计使用周期内,要陆续经过两到三次更换。为尽可能高的提升伸缩缝使用质量与寿命,公司在生产过程对伸缩缝各个部件采取全过程、全方位的管控。

   2016年,为完成D1120型等距变位模数式桥梁伸缩缝的生产工作,公司生产工人认真研习设计文件,熟悉掌握每一道生产工序,严格把握每一道工序检验,历时半年完成了伸缩缝的零配件生产,积累了各类检验数据、试验数据的文件资料。在对伸缩缝部件加工时,高级技师张晋平靠着自己的双手和一台传统的钻床在11米的梁体上钻出了孔间距误差小于1毫米的32个孔,且一次检验全部合格。

   如果说伸缩缝是桥梁结构的关节部件,橡胶支座则是保证关节能够完好运行的润滑剂。橡胶支座作为伸缩缝的重要受力部件,其质量好坏直接影响到伸缩缝的使用寿命。由于大桥复杂的变位要求和潮湿的气候环境,公司摈弃了以往外购支座的做法,自己设计出一种专门针对大桥复杂环境的橡胶支座,根据实验结果不断修正模拟参数,优化温度、压力、胶层厚度等重要指标。经检验,支座各项指标均符合国家行业标准。

   调整机构是保证伸缩缝适应桥梁伸缩变形的核心机构。公司检验人员长期进驻车间,与车间工人一起对调整机构的加工和组装精度严格把控,将加工部件的检验频次提高到100%,严禁不合格品进入组装程序,最终保证D1120型伸缩缝的调整机构加工和组装要求完全满足设计要求。

   精准安装将高差控制在0.5毫米内

   作为一座大桥负荷量最大的构件之一,每经过一辆车的碾压,它都要不停地伸缩调节,而每1℃温度的变化,或者是每一次刹车等外力因素造成桥面位移,这都靠伸缩缝的即时调节。按照《公路桥梁伸缩装置》(JT/T327-2004)中规定,伸缩量大于800毫米时,中梁顶面与边梁顶面相对高差应在±1.5毫米。为了尽可能地减小行车对伸缩缝和梁体的冲击作用,公司提出了整体伸缩缝顶面内彼此中梁与边梁的高差都在±0.5毫米的要求,相当于一枚硬币厚度的1/4,安装精度甚至比大桥合龙时的精度还要高,如此高标准的要求带来的技术难度可想而知。

   大桥伸缩缝的安装工作于2016年10月初展开。项目办公室主任周平指出,北盘江大桥伸缩缝安装是整个标段的控制性工程,其安装进度和质量好坏将直接影响到后续路面工程的施工,希望山西交科公司能够严格做好质量管控。

   组装完成的D1120型伸缩缝长12.25米,单重在20吨左右,北盘江大桥两岸索塔坐落于悬崖边,中跨桥面距离峡谷底最大565米,因此受峡谷横风的影响较大,吊装过程中伸缩缝会产生剧烈摆动,悬吊在空中移动时产生的动量甚至能将整辆吊车甩到峡谷底部。如果摆放位置不正确将会对桥梁产生巨大的局部压力,甚至会破坏桥梁结构

   巨大的体积与质量规格,悬空移动时产生的动量、复杂的安装环境、如何能安全的起吊缝体进入槽口,就成了现场安装的首要难题。

   “千磨万击还坚韧,任尔东南西北风”,山西交科公司根据设计代表意见和大桥结构图纸确定了吊车安全起吊位置和行动轨迹。项目部采取了大小吊车协同施工的方法:大吊车起吊,小吊车牵引的方式,以尽可能慢的速度将缝体吊装入槽口指定位置。

   焊接是影响伸缩缝现场安装成效的最主要的因素,缝体顶面与梁板的焊接需要一次性完成,焊接工人必须蹲地四五个小时持续作业,对工人的焊接水平和耐力要求极高,且焊接过程中工人处于桥下位置,辛苦与危险并存。

   对此,工人张富国深有体会:“我们的工作需要到桥下进行仔细焊接,北盘江大桥是世界第一高桥,对于焊接工艺的要求更是十分严格,一点都马虎不得。”张富国说:“一开始作业,我们连厕所都没法上,直到中午才能下来吃些东西。”焊接工人最怕的是恶劣的天气,工人王林告诉记者:“大风吹来会让人重心不稳,寒冷的天气会让握着焊枪的手变得僵硬,降低了焊接速度。”

   然而,无论天气如何寒冷,他们依旧一动不动的保持焊接的姿势,一丝不苟确保质量和安全。王林表示:“虽然耗时变长了,但为了保障高质量安装和今后全桥的高效运行,这些‘笨功夫’下得值。”

   现场检查的业内专家说:“北盘江大桥伸缩缝采用新技术、新工艺安装施工,外部质量美观,其性能达到了国际一流水平。”

   山西交科院院长赵队家表示,山西交科院多年来打造自主创新平台、产业及产品中试化平台、高新技术产业化平台、传统技术升级产业化平台的“四大平台”,取得了一批重大科技攻关和技术创新成果,此次为世界第一高桥设计、生产、安装伸缩缝是山西交科院顺应创新发展潮流、促进科技成果转化的又一力证。

   “一带一路”国家战略对于整个装备制造业而言,将带来巨大的市场机会。未来,山西交科院将紧抓市场机遇,以技术创新推动装备制造业的发展,推动山西交科院走出国门,做“中国制造2025”的践行者、先行者。

   创新案例:工匠精神品质闪耀

   江阴长江大桥DS2000型伸缩缝安装现常

   山西省交通科学研究院交通科学园区鸟瞰图。

   随着我国公路建设事业的快速发展,跨径超千米的特大型桥梁的修建逐渐增多,研发大位移桥梁伸缩装置适应了交通运输发展、超长超大桥梁建设需求。山西交科桥梁附件有限责任公司(简称山西交科公司)多年来始终秉承工匠精神,在桥梁伸缩缝产品性能、产品结构、制造成本上下工夫,逐渐成为行业的顶尖企业。在这样一个竞争激烈的领域里,公司的崛起,有着自己的理由——“把简单的事情做到极致”。

   这是一种精益求精、品质至上、追求卓越的工匠精神,也是当下企业界最为珍贵的精神。

   铸就行业领先品牌

   山西交科公司前身为中德合资山西毛勒桥梁附件有限公司,山西交科公司自1996年创办起就涉足桥梁伸缩缝生产安装及各种配方改性沥青生产领域,并通过了质量、环境、职业健康三体系认证、国际UKAS质量体系认证及交通产品CCPC认证。

   今年,山西交科公司聚焦桥梁伸缩缝领域已整整20年。经过20年的磨砺,山西交科公司凭借不断增加的技术实力、持续创新的品牌形象、长期积累的客户资源、优质服务的专业团队,在省内外树立了优质的品牌形象,业务范围已从山西辐射江苏、河南、陕西、云南、内蒙古、广东、江西、贵州、湖北等多个省份,成为国内伸缩缝领域最具影响力的企业之一。

   自成立以来,山西交科公司就与德国毛勒索尼公司进行密切合作,不断引进、消化、吸收德国毛勒公司尖端技术,投入大量的资金进行研究和试验,提倡技术和管理的创新,为自主研发新型产品打下坚实的基矗2005年公司自主生产了D480型大位移量伸缩缝;2010年自主生产了具有国内先进水平的D720型特大位移量伸缩缝,并为内蒙古包头至树林召高速公路提供了优质服务;2014年公司自主研发了D560型等距变位桥梁伸缩装置,并成功在霍永东高速公路汾河特大桥上得到应用;2016年自主研发了D1120型大位移等距变位桥梁伸缩缝,同年该结构获两项国家发明专利授权,成为国内唯一一家采用自主技术生产特大位移模数式伸缩装置的企业,确定了其在国内的领先创新水平。

   精益求精的坚定信念

   “工匠精神就是要追求精益求精,只有这样才能制造出好产品”,这是山西交科公司长期发展过程中的坚定信念。多年来山西交科公司技术人员始终紧紧瞄准国内外伸缩缝发展的先进技术,了解和掌握各种先进产品的技术性能、结构特点,专注于设计每一个结构部件,制定每一道工艺。

   山西交科公司副经理杨文科可以称得上是国内伸缩缝领域的技术专家。学机械工程出身的他,1986年毕业后就进入山西交科院从事筑路机械研究与开发,也为后来从事伸缩缝的研发工作打下了坚实的基矗

   多年来,杨文科在工作中总是想方设法运用新技术、新工艺解决生产过程中遇到的问题,大胆创新、反复推敲,与技术团队一遍又一遍修改设计图纸,利用结构模型对设计图纸进行验证,特别是对那些关键工件,在保证功能上满足设计要求的前提下,更加注重产品使用寿命的提高,对产品的设计始终保持精益求益、追求极致的精神理念。他通过不断学习,大量阅读科技书藉,攻克一个又一个难关,最终完成了具有自主知识产权的等距变位伸缩缝产品设计与制造,实现了自己的心愿。

   技术人员聂龙飞说:“凭着年轻的激情和学习能力,公司交办的任何事情我都敢于承担并尽最大努力把它做好、做精,”在设计D1120型大位移伸缩缝位移控制系统中,由于是首次接触运动仿真技术,时间紧迫,为确保各个结构及零件设计合理、运行有效,聂龙飞一遍又一遍遍翻看厚达几百页的书籍,上网搜集学习资料,与论坛相关人员一起讨论软件使用程序,反复修改完善每个结构的数据。

   在山西交科公司,还有许多像他们一样的技术人员,把自己的时间和精力和智慧凝聚到伸缩缝研发过程中,主动去发现问题,然后找到了解决问题的方法,他们不满足于差不多、过得去,而是对每个零件、每道工序都精益求精、追求极致,用自己的实际行动践行着工匠精神。

   品质至上的专业态度

   践行工匠精神不仅体现在公司员工对待工作的态度上,同时也体现在公司对品质的苛求上。

   山西交科公司拥有占地面积共8000平方米的生产车间两个,为保障产品质量,生产车间配备了全套先进的生产检测设备,对产品都采取严格的检测标准,对每一道工序都要进行高标准的检测。2016年,为完成好D1120型等距变位模数式桥梁伸缩缝的生产,公司组织车间工人认真研习设计文件,熟悉掌握每一道生产工序,严格把握每一道检验工序,用了半年多时间才完成伸缩缝的零配件生产,各类检验数据、试验数据有厚厚的一本。

   有一次,车间工人张晋平在加工某零部件时,需要在11米的梁体上钻出孔间距误差小于1毫米的32个孔,孔间距最小的为60毫米,最大的1500毫米,由于加工孔的直径很小,长径比很大,孔加工的难度很高,张晋平凭借精湛的技艺,硬是靠着自己的双手和一台传统的钻床钻出了完美的32个孔,且一次检验全部合格。

   “质量就是生命,一点都不能马虎,哪怕是一个小小的细节我们也要把它做好,要严把每一道质量关。”车间主任姜京伟说,要么不做,要做就做到最好。

   追求卓越研发过硬产品

   因为有了专业、专注、严谨的工作态度,山西交科公司研发的D1120型大位移等距变位模数式桥梁伸缩缝在2016年5月的山西交通科技创新优秀成果展上首次亮相就引起了业内人士注意,它为全省乃至全国在大跨径桥梁伸缩缝设计选型上提供了新的产品支持。由于该产品改变了国内常用的模数式结构型式,采用扭转式的调整装置代替了原有的剪力弹簧式调整模式,彻底解决了伸缩不均匀现象,采用转动、位移相结合的多运动幅支撑结构,大大提高了伸缩缝的竖向、横向位移量;支撑装置运用梁式结构,其伸缩缝的整体支撑效果明显提高,承载能力和使用寿命也进一步提高。

   同时,产品的结构设计获得了两项国家发明专利授权,交通运输部中交交通产品认证中心认为该产品符合JT/T327-2004公路桥梁伸缩缝标准,其结构新颖优良,有所突破,对国内伸缩缝创新发展有所推动。

   目前,杭瑞高速公路北盘江大桥D1120型大位移等距变位桥梁伸缩缝已由山西交科公司安装完成。同时,公司也将全力以赴,开展好新建蒙西至华中地区铁路煤运通道工程公安公铁两用长江大桥伸缩缝安装工程。

   至此,山西交科公司成功跻身国内该领域明星企业行列,标志着山西省在特大位移伸缩装置制造领域迈入国内领先行列。未来的道路有机遇、有挑战,山西交科公司将继续秉承着这种“精益求精、品质至上、追求卓越”的工匠精神,坚持走科技创新之路,坚定不移地向着他们的百年品牌梦进发。

   图片由山西交科院提供

   
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