作者：谢毅1，杨学军2，王元锋3（1.中铁广州工程局集团有限公司拉林铁路工程指挥部中心实验室，西藏山南 856408；2.中铁广州工程局集团有限公司检测中心有限公司，广东广州 510800；3.中铁广州工程局集团有限公司拉林铁路工程指挥部，西藏山南 856408）
1. 项目概况
拉林铁路藏木雅鲁藏布江大桥是川藏铁路拉林铁路重要控制性工程，设计标准为一级双线铁路，速度160公里/小时，钢梁总质量约13万吨，建成后将成为国内最大跨度双线钢管拱桥，如图1所示。该桥位于加查县桑加峡藏木水电站库区，距大坝约1.2公里。该处山高谷深，交通极其不便，加之高海拔地区缺氧，自然环境恶劣，生态环境脆弱。该桥全桥采用高强度耐候钢，全桥免涂装，是国内铁路上第一座真正意义上免涂装的耐候钢桥梁。 不仅对环境友好，而且节省了青藏高原恶劣环境下今后维护的工作量，对推动耐候钢在我国桥梁上的应用具有重要意义。
图1 藏木雅鲁藏布江大桥
拉林铁路藏木雅鲁藏布江特大桥采用耐候钢设计，主拱采用焊接，拱肋与腹板采用高强螺栓连接。全桥需M30耐候钢高强螺栓12万余套。对于免涂装耐候钢桥梁，目前美国、日本都有耐候钢高强螺栓。但美国耐候钢高强螺栓无法保证扭矩系数，不能满足我国建设要求；日本耐候钢高强螺栓在合金成分上与我国耐候桥梁钢材不匹配。由于单纯依靠进口螺栓无法解决国产免涂装耐候钢桥梁高强螺栓连接问题，因此，国内已建成的免涂装耐候钢桥梁只能采用焊接连接。
拉林铁路藏木至雅鲁藏布江特大桥位于青藏高原东南部，沿雅鲁藏布江缝合带延伸。该处山高谷深，气候恶劣，沿线降雨量少，蒸发量大，气候干燥，植被稀疏，海拔在4000米左右，高原缺氧。工人在这种高海拔、缺氧的环境下进行繁重的体力施工。如何保证施工质量，提高施工效率，减少环境因素对施工的影响，避免施工过程中出现高强螺栓拧紧不足、过紧的问题[1]，是高强螺栓安装施工中的关键问题。
2 耐候钢高强度螺栓及其连接技术条件
藏木雅鲁藏布江大桥是国内首座采用免涂漆耐候钢高强螺栓进行连接的铁路桥梁。采用新型安装施工技术，为保证工程质量，项目设计单位中铁二院工程集团有限公司、中国铁道科学院专门为本工程制定了《免涂漆耐候钢高强螺栓及其连接技术条件》（以下简称《技术条件》）。项目部严格按照本技术条件的要求，对螺栓紧固全过程进行管理和监控。本技术条件综合了近年来桥梁钢结构高强螺栓出现的新技术、新工艺。针对免涂漆耐候钢高强螺栓的特点，在母材化学成分、耐大气腐蚀系数、力学性能检测等方面存在差异，针对先进施工工具的特点，对工具的校准、最终紧固检验等进行了调整。 从施工实践来看，该技术条件符合现场实际情况，具有较强的实用性和可操作性。
3、免漆耐候钢高强螺栓的应用
藏木雅鲁藏布江大桥项目部及施工现场实验室高度重视北京钢结构高强度螺栓厂家，前期介入，对金益实业有限公司生产的耐候高强螺栓母材的化学成分和抗拉强度、伸长率、冲击功等5项力学性能进行了检测，部分检测结果如表1所示。螺栓及其连接辅助母材的耐候指数在6.8~7.0之间，略高于桥梁结构钢的耐候指数。螺栓运抵现场后，项目部严格按照技术条件委托第三方专业实验室对螺栓扭矩系数等5项进行检测，合格后方可运抵现场使用[2]，部分检测结果如表2所示。
从6种规格42个批次共8.6万套螺栓的使用情况看，螺栓质量优良，各项检测结果均合格，紧固后未出现断裂螺栓。
3.1 紧固工具及其校准
本工程的施工不同于传统的高强螺栓连接施工，采用了一种全新的施工工艺。新施工工艺采用数控定扭矩电动扳手作为拧紧工具。数控定扭矩电动扳手被称为我国第三代电动扳手，在电动扳手上安装有扭矩传感器，其输出扭矩大且稳定，可设定、显示和记录拧紧过程中电动扳手的最终输出扭矩[3]。与目前广泛使用的电流控制型电动扳手（第二代扳手）相比，其扭矩输出稳定性好，精度高。初次最终拧紧扭矩试验结果表明，试验数据不仅全部合格，而且离散性很小。在后期的使用中发现，只要工况没有发生很大变化，扳手输出扭矩精度高，基本不需要调整。以往，施工现场高强螺栓实验室工作人员最大的工作量就是班前班后对扳手进行校准。 通常，化验员需要在每个班次开始前提前2至3小时对扳手进行校准，以确保不影响施工。工人下班后也需要花2至3小时再次校准。工作量巨大，劳动强度高，并且消耗大量螺栓。如果班次结束后扳手校准后超差，下班的操作人员就需要回来检查班次期间用扳手拧紧的所有螺栓。因此，班次前后校准扳手是工地上拧紧高螺栓的最大痛点。该项目施工中采用的数控定扭矩电动扳手彻底解决了这一问题，大大减轻了工地一线工人的劳动强度。
由于数控定扭矩电动扳手优势明显，初拧工序中对扭矩精度要求比终拧工序低的紧固工具全部用数控定扭矩电动扳手替代，大大提高了施工效率。
紧固前按当天所用螺栓批次号（由螺栓生产厂家提供）分批到施工现场复检扭矩系数，批次不少于8套，并记录试验环境温湿度。从已检测螺栓批次数据看，扭矩系数平均值在0.110~0.150之间，标准差不大于0.010，满足技术要求[4-7]。
为控制拧紧质量，施工时还应考虑环境温度和相对湿度对扭矩系数的影响[8]。2017年6月至2018年1月，施工现场昼夜温差较大（日极端值可达40℃），但气候干燥，对扭矩系数的主要影响为温度。通过现场试验发现，每天9：00至15：00施工时，温度对螺栓扭矩系数的影响在3％以内。为最大限度保证施工质量和施工进度，应使施工现场实验室复检扭矩系数的地点尽可能靠近施工现场，并控制好螺栓拧紧时间，预装现场螺栓拧紧应安排在每天上午9：00至15：00进行。 根据调度计划提前估算桥梁现场组件的温度，复检扭矩系数时尽可能模拟拧紧过程中的温度[9]。
3.3 最终紧固扭矩的检查
根据技术要求，耐候钢高强螺栓连接的最终紧固扭矩检验应在最终紧固后24小时内完成。每组螺栓中，有3%但不少于1组耐候钢高强螺栓连接需进行最终紧固扭矩检验。检验采用松开回缩法[10]。在螺栓、螺母与钢板的相对位置处画一条细直线标记位置，然后将螺母松开约30°。然后用检验扳手将螺母拧回原位（使细线重合），测量此时的扭矩。扭矩在0.9Tch~1.1Tch之间为合格。Tch按
计算
式中：Tch为检验扭矩；K为螺栓副扭矩系数；P为设计扭矩
预紧力；d是螺栓的公称直径。
4.高强度螺栓连接施工质量控制体系应用
本项目还首次在现场应用了高强度螺栓连接施工质量管控系统，扳手拧紧数据除存储于扳手内置存储卡[11]中外，还上传至后方数据服务器，现场通过扫描二维码即可录入信息，快捷方便，不易出错，实现了操作人员、拧紧工具、拧紧任务三者的协同关联。
5. 结论
高强度螺栓连接是铁路钢结构桥梁广泛应用的连接形式，但近20年来，桥梁行业在高强度螺栓连接技术上很少有突破。拉林铁路藏木雅鲁藏布江特大桥作为国内首座真正意义上的免涂漆耐候钢桥梁，在高强度螺栓连接技术上取得了重要突破：在国内首次使用耐候钢高强度螺栓；首次采用新的施工技术条件；首次采用数控定扭矩电动扳手作为紧固工具；首次在施工现场部署并实施高强度螺栓连接施工质量管控体系。
从目前已安装的8.6万组螺栓来看，效果显著，在验收过程中无一例耐候高强螺栓质量不合格，安装后无一例螺栓断裂。施工技术条件上取消了以往繁琐的班前、班后校准工作，终拧后扭矩检验工作量由5%减少到3%，大大减轻了一线技术人员的劳动强度。同时，采用数控定扭矩电动扳手作为拧紧工具后，施工精度大大提高，终拧扭矩检验一次性全部合格。目前，拉林铁路藏木雅鲁藏布江大桥建设已进入高强螺栓拧紧工作的收尾阶段，其实践经验值得向其他工程推广应用。
感兴趣的朋友可以添加以下微信加入我们的讨论群：
本公众号由北京爱快科技发展有限公司运营，欢迎大家交流技术信息，请添加上方微信二维码，或致电我们：
杜先生：13918635063
联系电话： 13918635063
共同探讨螺栓预紧力测量的相关技术及市场信息北京钢结构高强度螺栓厂家，共同推动行业发展，实现共赢。
北京艾法斯特公司（）专注于超声波螺栓预紧力测量技术，主要产品包括螺栓预紧力测量仪系列、螺栓预紧力长期监测产品、智能紧固件、螺栓轴力控制的智能紧固工具等。
参考
[1]陶晓燕,沈家华,石志强.我国钢桥高强度螺栓连接发展历史及展望[J].铁道建设,2017,57(9):1-4.
[2] 钱国华. 沪通长江大桥高强度螺栓质量控制[J]. 铁道建设, 2017, 57(7): 35-38.
[3] 沈家华. 我国钢结构电动扳手及高强度螺栓拧紧技术发展[J]. 铁道建设, 2016, 56(7): 6-8.
[4] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局, 中华人民共和国国家标准化管理委员会. 钢结构用高强度大六角头螺栓: GB/T1228-2006[S]. 北京: 中国标准出版社, 2006.
[5] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局, 中华人民共和国国家标准化管理委员会. 钢结构用高强度大六角螺母: GB/T1229-2006[S]. 北京: 中国标准出版社, 2006.
[6] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局, 中华人民共和国国家标准化管理委员会. 钢结构用高强度垫圈: GB/T 1230-2006[S]. 北京: 中国标准出版社, 2006.
[7] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局, 中国国家标准化管理委员会.钢结构用高强度大六角头螺栓、大六角螺母和垫圈技术要求: GB/T 1231-2006[S].北京:中国标准出版社, 2006.
[8]张宏宇,赵少杰,郑平伟.坝陵河大桥高强度螺栓预紧技术研究[C]//中国公路学会桥梁与结构工程分会.2009年全国桥梁学术会议论文集.北京:人民交通出版社,2009:302-305.
[9] 张建平, 何树龙, 张年来, 等. 矮寨大桥钢桁架加劲梁高强度螺栓施工质量控制[J]. 桥梁建设, 2012, 42(6): 103-109.
[10] 吴兴宏. 南京大胜关长江大桥高强度螺栓试验概述[J]. 铁道建设, 2010, 50(3): 1-3.
[11]刘红刚,张宏宇,彭跃申.铁路钢桥高强度螺栓连接施工若干问题探讨[J].铁道标准设计,2015,56(2):60-64.
