隧道防水板超聲波焊接在玉磨鐵路中的應(yīng)用

蘇超

摘要： 通常隧道防水板與土工布采用熱風(fēng)熱熔焊接或吊帶掛設(shè)工藝，施工質(zhì)量受到工藝特點(diǎn)及人為因素的影響，質(zhì)量控制難度大，存在焊焦、焊穿、焊接不牢固等質(zhì)量通病。在玉磨鐵路隧道施工中引進(jìn)了新設(shè)備—防水板超聲波焊接機(jī)進(jìn)行防水板的施工，并在施工中對(duì)施工工藝進(jìn)行了改進(jìn)，使得防水板施工質(zhì)量和施工工效得到質(zhì)的提高，同時(shí)也使得施工成本大幅降低。

Abstract： Usually the tunnel waterproof board and geotextile with hot melt welding or sling hanging process， the construction quality is affected by process characteristics and human factors， it is difficult to control the quality of welding coke， welding wear， unstable welding and other quality defects. In this paper， a new equipment， waterproof plate ultrasonic welding machine， is introduced in the construction of the Yuxi-Mohan Railway， and in the construction， process has been improved， so that the construction quality and construction efficiency of the waterproof board has been improved， but also the cost of construction is greatly reduced.

關(guān)鍵詞： 鐵路隧道；防水板；超聲波焊；技術(shù)方法；對(duì)比分析

Key words： railway tunnel；waterproof plate；ultrasonic welding；technical method；comparative analysis

中圖分類號(hào)：U459.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2017）09-0098-02

0 引言

鐵路隧道滲漏水為常見(jiàn)的質(zhì)量通病問(wèn)題，如果隧道結(jié)構(gòu)防水施工質(zhì)量差，必將導(dǎo)致隧道出現(xiàn)滲漏水現(xiàn)象，危及鐵路行車安全，引起隧道結(jié)構(gòu)破壞，影響到工程的正常使用。目前鐵路預(yù)防鐵路隧道滲漏水主要為“三道防線”，即為圍巖注漿、鋪設(shè)防水層、襯砌安設(shè)止水帶。施工經(jīng)驗(yàn)表明“三道防線”中以鋪設(shè)防水層對(duì)隧道防水最為有效，其施工質(zhì)量對(duì)隧道是否滲漏水起到?jīng)Q定性的作用。以往防水板與墊圈通常采用熱風(fēng)熱熔焊接工藝，但該防水板及墊圈熔點(diǎn)影響到該工藝的施工質(zhì)量，且操作時(shí)難以精準(zhǔn)把握焊接的時(shí)間及壓焊力度，很容易出現(xiàn)焊焦、焊穿、焊接不牢固等質(zhì)量問(wèn)題，常使得隧道出現(xiàn)滲漏水的現(xiàn)象。因此，提高防水板焊接質(zhì)量，確保隧道不滲不漏為隧道建設(shè)者期待達(dá)到的目標(biāo)。

1 工程概況

新建玉溪至磨憨鐵路站前工程YMZQ-21標(biāo)，標(biāo)段里程：D1K472+387.4～D1K498+936.35，正線長(zhǎng)度26.010km。本標(biāo)段有隧道5座共14993m，隧道工程為本標(biāo)段的重點(diǎn)及控制工程。

標(biāo)段所經(jīng)地區(qū)為亞熱帶季風(fēng)性濕潤(rùn)氣候，濕潤(rùn)多雨，屬構(gòu)造侵蝕、風(fēng)化剝蝕中山區(qū)紅層地貌?？傮w而言，隧道所經(jīng)處下伏基巖巖體破碎，含水量豐富；部分地段圍巖為泥灰?guī)r夾層，巖溶發(fā)育，巖溶裂隙發(fā)育巖溶水；地下水主要由大氣降水及地表水補(bǔ)給。隧道襯砌防水等級(jí)按照《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》（GB50108-2008）設(shè)計(jì)為一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。初期支護(hù)與二次襯砌之間拱部及邊墻部位鋪設(shè)1.5mm厚防水板、350g/m2土工布復(fù)合防水層，防水板采用EVA型。

為解決防水板鋪設(shè)容易出現(xiàn)的質(zhì)量問(wèn)題，確保隧道不滲不漏，本標(biāo)段引進(jìn)了防水板超聲波焊接機(jī)進(jìn)行防水板焊接的新設(shè)備及新技術(shù)，此新技術(shù)及新設(shè)備的運(yùn)用，不僅能夠完全避免了防水板鋪設(shè)的傳統(tǒng)熱風(fēng)熱熔焊常出現(xiàn)焊焦、焊穿、焊接不牢固等質(zhì)量問(wèn)題，且大幅提高工作效率，節(jié)省了勞力，加快了施工進(jìn)度，施工成本也得到有效降低。

2 超聲波焊接原理及技術(shù)特點(diǎn)

2.1 超聲波焊接原理

隧道防水板超聲波焊接機(jī)通過(guò)發(fā)生器生成20kHz～35kHz的高壓、高頻信號(hào)，再利用換能系統(tǒng)，把信號(hào)轉(zhuǎn)換為高頻的機(jī)械振動(dòng)。焊接槍頭將高頻機(jī)械振動(dòng)施加于槍頭處的防水板及熱熔墊片上，防水板及熱熔墊片因表面及內(nèi)部分子間的高頻摩擦而使接觸面迅速產(chǎn)生局部升溫，溫升達(dá)到防水板及熱熔墊片溶點(diǎn)時(shí)，防水板與熱熔墊片接觸面迅速熔化并相互充分熔合，經(jīng)過(guò)合適的熔合時(shí)間并在一定的壓力下冷卻定形，便完成了一處完美的超聲波焊接。如圖1。

2.2 超聲波焊接技術(shù)特點(diǎn)

①超聲波焊接工藝不需溶劑、粘接劑或其它施工輔助材料，施工成本低。

②超聲波焊接工藝操作簡(jiǎn)單，開機(jī)即可開始焊接，且不象熱熔焊等設(shè)備存在外露的高溫部件，施工安全性好。

③超聲波焊接工藝不僅節(jié)約了熱熔焊所需的預(yù)熱等待時(shí)間，且一個(gè)焊接點(diǎn)工藝時(shí)間僅需5～6秒，也不存在為修補(bǔ)焊點(diǎn)破洞而需增加的返焊時(shí)間，加快了施工進(jìn)度。

④工藝操作簡(jiǎn)單，熔接質(zhì)量高，焊點(diǎn)無(wú)破損。

3 工藝流程及施工操作要點(diǎn)

3.1 施工工藝流程

施工準(zhǔn)備→基面檢查及處理→鋪設(shè)土工布→防水板鋪設(shè)及采用超聲波焊接固定→質(zhì)量檢查。

3.2 施工操作要點(diǎn)

①施工準(zhǔn)備。設(shè)備進(jìn)場(chǎng)，對(duì)作業(yè)人員進(jìn)行培訓(xùn)及技術(shù)交底。

進(jìn)行材料準(zhǔn)備，熱熔墊片采用易于識(shí)別的紅色或是黑色同材質(zhì)墊片。

②基面檢查及處理。防水板鋪設(shè)前按規(guī)范及設(shè)計(jì)要求對(duì)隧道進(jìn)行斷面尺寸測(cè)量及基面質(zhì)量檢查，并處理初期支護(hù)的噴射混凝土的表面至滿足鋪設(shè)要求，經(jīng)檢查全部合格后方可進(jìn)行土工布的鋪設(shè)及環(huán)向透水肓管的安設(shè)，最后鋪設(shè)防水板。

③土工布的鋪設(shè)。土工布的鋪設(shè)從隧道中線向兩側(cè)沿隧道內(nèi)壁展開，土工布要求平順地固定在隧道洞壁上，土工布的固定采用尾部套有熱熔墊片的射針進(jìn)行。鋪設(shè)好的土工布作為防水板鋪設(shè)的基層。要求兩幅土工布的搭接寬度>5cm，鋪設(shè)要平順、無(wú)隆起及無(wú)皺褶，固定防水板的墊片在隧道頂部按0.5～0.8m的間距安設(shè)，在邊墻按0.8～1.0m的間距安設(shè)，布置成梅花型，為方便進(jìn)行防水板與熱熔墊片的焊接施工，固定點(diǎn)盡量選在基面平整之處。

④防水板焊接機(jī)的調(diào)試。防水板焊接機(jī)采用220V、50Hz的單相電源，接通電源后觀察工作指示燈是否亮起，如果不亮，則檢查線路及保險(xiǎn)管等情況。

確定電源接通后，按下面板上的紅色“測(cè)試”按鈕，然后察看表盤電流表，正常的電流值在0.5～1.0安培之間，否則左右旋轉(zhuǎn)頻率螺桿進(jìn)行微調(diào)，并同時(shí)按“測(cè)試”按鈕，直到換能器的空載電流在0.5～1.0安培之間。

⑤鋪設(shè)防水板，并進(jìn)行超聲波焊接。按設(shè)計(jì)及規(guī)范要求鋪設(shè)土工布至預(yù)定位置后，手持超聲波焊接機(jī)，保持焊機(jī)與防水板垂直后用力壓緊，按下焊接機(jī)開關(guān)，防水板融化后，將焊接機(jī)槍頭壓入防水板內(nèi)約0.5mm，即完成一個(gè)單點(diǎn)焊接，其持續(xù)時(shí)間約為2～3秒。完成焊接后，焊槍不能松開，而持力壓住防水板3秒，待焊點(diǎn)處融化的防水板冷卻后再松開，以避免防水板還在軟化狀態(tài)下就承受拉力而撕裂。

在隧道邊墻部位，每個(gè)墊圈熔焊3個(gè)點(diǎn)。在隧道拱部每墊圈熔焊4個(gè)點(diǎn)。為確保焊接牢固，焊點(diǎn)要均勻分布于墊圈上。如圖2。

4 超聲波防水板焊接與傳統(tǒng)電熱壓力焊的效率及經(jīng)濟(jì)分析

4.1 在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了電熱壓力焊與超聲波焊接的效率測(cè)試，結(jié)果如表1所示

從表1數(shù)據(jù)分析得知，電熱壓力焊需要等待焊槍的預(yù)熱時(shí)間，每個(gè)焊圈的焊接工藝時(shí)間為45S，單機(jī)綜合作業(yè)效率為27個(gè)/h，但焊接質(zhì)量較差，返焊率達(dá)21%。而超聲波焊接不存在等待預(yù)熱的時(shí)間，開機(jī)即可進(jìn)行焊接操作，每個(gè)焊圈的焊接工藝時(shí)間僅為20S，且焊接質(zhì)量高，不需返焊，節(jié)約了返焊所浪費(fèi)的時(shí)間，單機(jī)綜合作業(yè)效率達(dá)88個(gè)/h。可見(jiàn)超聲波焊接效率為電熱壓力焊接效率的3.3倍，優(yōu)勢(shì)非常明顯。

4.2 施工成本方面的對(duì)比分析

因本項(xiàng)目剛引進(jìn)超聲波焊接機(jī)，進(jìn)行成本分析的超聲波焊接機(jī)設(shè)備使用壽命等數(shù)據(jù)來(lái)源于設(shè)備生產(chǎn)廠家及其它使用超聲波焊接的項(xiàng)目。成本分析結(jié)果見(jiàn)表2所示。

對(duì)表2數(shù)據(jù)分析可知，雖然超聲波焊接一次投入較大，但其設(shè)備壽命長(zhǎng)，分?jǐn)偟氖┕こ杀緝H為電熱壓力焊的7.8%，經(jīng)濟(jì)效益明顯。

5 防水板使用超聲波焊接時(shí)的創(chuàng)新及改進(jìn)措施

5.1 采用時(shí)控器精確控制焊接時(shí)間表

采用超聲波焊接防水板時(shí)的工藝時(shí)間由操作人員人為控制，受個(gè)人因素影響，難以精確控制，故不能達(dá)到焊接的最佳質(zhì)量效果。為了精確控制焊接的操作時(shí)間。我們借鑒了定時(shí)設(shè)備的思路，與超聲波焊接設(shè)備生產(chǎn)廠家進(jìn)行探討及研究，通過(guò)在焊接電路上配置時(shí)控器，以達(dá)到精確控制焊接操作的時(shí)間，即焊槍通電達(dá)到預(yù)定時(shí)間后即自動(dòng)斷電，并發(fā)出聲音提示，從而杜絕了僅憑操作者個(gè)人進(jìn)行時(shí)間估計(jì)的誤差性，確保了焊接質(zhì)量。

5.2 采用紅外線激光定位儀進(jìn)行熱熔墊圈的精確定位

在防水板焊接施工時(shí)，采用紅外線激光定位儀進(jìn)行熱熔墊圈的精確定位，從而實(shí)現(xiàn)熱熔墊圈的快速安裝及規(guī)范施工。如圖3。

6 結(jié)束語(yǔ)

鐵路隧道采用超聲波焊接法進(jìn)行防水板的鉚接固定，具有施工進(jìn)度快、質(zhì)量高、能耗低及成本低等顯著優(yōu)點(diǎn)。且避免了以往熱風(fēng)熱熔焊接工藝中焊不牢、焊穿等質(zhì)量通病，確保了隧道不滲不漏。防水板超聲波焊接法是值得大力推廣應(yīng)用的新技術(shù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]申百囤，何安輝，張春光.防水板超聲波焊接技術(shù)在石林隧道的應(yīng)用[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2012（10）.

[2]曹軍.淺談高速鐵路隧道防排水系統(tǒng)施工技術(shù)[J].價(jià)值工程，2015（21）.

[3]肖廣智.鐵路隧道施工新技術(shù)[M].北京：人民交通出版社，2016.