淺談隧道防水板超聲波焊接施工技術(shù)

丁樹東

【摘 要】防水板施工是隧道防排水的關(guān)鍵工序，傳統(tǒng)采用的熱熔焊接施工不僅施工效率低、外觀難以保證、而且焊接人員的操作水平及經(jīng)驗(yàn)有較高的要求，施工質(zhì)量難以保證?，F(xiàn)如今越來越多的防水板施工采用超聲波焊接機(jī)進(jìn)行焊接施工，本文主要研究隧道工程中利用超聲波焊接機(jī)焊接防水板的施工技術(shù)和質(zhì)量控制要點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】防水板;超聲波焊接;質(zhì)量控制

中圖分類號(hào)： U453.6文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A文章編號(hào)： 2095-2457（2019）20-0210-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.20.097

1 超聲波焊接介紹

1.1 工藝特點(diǎn)

超聲波焊接是利用超聲波在聚合物材料中產(chǎn)生機(jī)械功，機(jī)械功的表現(xiàn)方式是高聚物分子因振動(dòng)而引起連續(xù)受壓和解壓，這部分機(jī)械功是以熱能的表現(xiàn)形式出現(xiàn)，持續(xù)的高頻應(yīng)變應(yīng)力荷載以及較低的熱傳導(dǎo)率使應(yīng)力應(yīng)變集中區(qū)的材料溫度迅速升高，再施加適當(dāng)?shù)膲毫κ狗浪逅查g熔融接合。

1.2 與傳統(tǒng)熱熔焊接對(duì)比

傳統(tǒng)防水板焊接采用電熱壓焊器熱熔焊接工藝和吊帶掛設(shè)工藝，電熱壓焊器熱熔焊接受防水板、熱熔墊片熔點(diǎn)影響較大，采用該工藝施工作業(yè)人員難以把握防水板熱熔時(shí)間和壓焊力度，使得防水板頻頻出現(xiàn)焊焦、焊穿、焊接不牢等焊接質(zhì)量通病。吊帶掛設(shè)經(jīng)同類隧道施工發(fā)現(xiàn)，該施工工藝常因防水板無法與圍巖密貼，經(jīng)常出現(xiàn)二襯厚度不足或背后脫空、不密實(shí)等現(xiàn)象。

超聲波焊接經(jīng)對(duì)比其他方式主要優(yōu)勢：不需焊劑和外部加熱，對(duì)焊件損傷小、焊接時(shí)間短、焊接強(qiáng)度和殘余變形小等優(yōu)點(diǎn)，且超聲波自動(dòng)焊接機(jī)自動(dòng)化程度較高，減少了人力資源的使用。

超聲波焊接對(duì)傳統(tǒng)熱熔焊接相比，超聲波焊接機(jī)不需預(yù)熱，開機(jī)即可進(jìn)行焊接。經(jīng)過查詢相關(guān)文獻(xiàn)，超聲波焊接機(jī)設(shè)備使用壽命長，焊接成本僅為電熱壓力焊槍成本的7.5%，具有相當(dāng)大的成本優(yōu)勢。焊接出的焊點(diǎn)外觀質(zhì)量較好，不會(huì)出現(xiàn)傳統(tǒng)熱熔焊接出現(xiàn)的焊焦、焊穿、焊接不牢等質(zhì)量通病，實(shí)際使用效果好，也避免了焊接時(shí)出現(xiàn)焊點(diǎn)破損從而進(jìn)行修補(bǔ)的現(xiàn)象。超聲波焊接機(jī)自身不產(chǎn)生熱源，施工時(shí)避免了因操作失誤造成人員燙傷等事故。

相對(duì)傳統(tǒng)熱熔焊接方法，超聲波焊接不僅在焊接質(zhì)量上具有優(yōu)勢，在安全性方面也得到了較大的保證，同時(shí)縮短了作業(yè)循環(huán)時(shí)間，提升了工作效率。

1.3 超聲波焊接影響因素

經(jīng)同類施工實(shí)際經(jīng)驗(yàn)所得結(jié)果分析，超聲波焊接質(zhì)量由焊接振幅、焊接時(shí)間、焊接壓力等條件有關(guān)。實(shí)際使用時(shí)應(yīng)先進(jìn)行防水板的試焊試驗(yàn)，確定焊接振幅、焊接時(shí)間、焊接壓力等技術(shù)參數(shù)，為后續(xù)施工提供指導(dǎo)參數(shù)。

2 超聲波焊接施工準(zhǔn)備

2.1 培訓(xùn)施工人員

施工作業(yè)人員應(yīng)進(jìn)行崗前培訓(xùn)，學(xué)習(xí)超聲波焊接作業(yè)指導(dǎo)書，并對(duì)焊接機(jī)進(jìn)行實(shí)際操作，培訓(xùn)合格后，由技術(shù)員指導(dǎo)進(jìn)行施工作業(yè)活動(dòng)。

2.2 人員配置

超聲波焊接防水板施工班組應(yīng)配置人員7人，作業(yè)內(nèi)容主要有防水板布設(shè)、臨時(shí)支撐、焊接、質(zhì)量檢查及安全瞭望。

2.3 設(shè)備準(zhǔn)備

土工布、熱熔墊圈、防水板、射釘槍、防水板作業(yè)臺(tái)車、臨時(shí)支撐工具、超聲波自動(dòng)爬焊機(jī)。

3 超聲波焊接施工工藝

3.1 工藝流程

施工準(zhǔn)備→基面檢查→無紡?fù)凉げ间佋O(shè)→防水板鋪設(shè)及焊接→成品檢查。

3.2 施工工藝

3.2.1 基面檢查

在掛設(shè)土工布和防水板前要對(duì)初支結(jié)構(gòu)面進(jìn)行檢查，基面應(yīng)平整，無空鼓、裂縫、尖銳物及錨桿頭，對(duì)表面外露的鋼筋錨桿要先進(jìn)行切除，并用砂漿找平，基面有較大的凹凸應(yīng)采用噴射混凝土或砂漿找平?；鏅z查應(yīng)使用平整度尺和塞尺進(jìn)行檢查，確認(rèn)相關(guān)參數(shù)符合標(biāo)準(zhǔn)后進(jìn)行防水板的掛設(shè)施工。

3.2.2 土工布安裝

用射釘將墊圈及土工布平整順直地固定在初支上，土工布搭接長度不少于50cm，土工布鋪設(shè)時(shí)應(yīng)平順無鼓包。鋪設(shè)土工布的意義是在初支面與防水板之間建立一個(gè)緩沖層，防止初期支護(hù)基面高低不平或毛刺將防水板刺穿，影響防水板使用效果。

土工布鋪設(shè)采用射釘配合塑料墊圈進(jìn)行土工布的掛設(shè)，用墊釘圈固定防水板，墊圈布設(shè)應(yīng)采用梅花形，墊圈間距拱部宜為0.5-0.8m，側(cè)墻宜為0.8-1.5m，在基面凹處應(yīng)適當(dāng)增加固定點(diǎn)，保證防水板與基面緊密貼合。

3.2.3 防水板鋪設(shè)及焊接

1）超聲波焊接機(jī)試焊

超聲波焊接防水板之前，采用與主體材料相同的防水板進(jìn)行試焊，不同材料的防水板對(duì)應(yīng)的熔點(diǎn)、表面摩擦系數(shù)等均有差異，通過調(diào)節(jié)焊接振幅、焊接時(shí)間、焊接壓力等參數(shù)試焊防水板，焊接完成的防水板進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果應(yīng)滿足規(guī)范要求，將滿足施工要求的參數(shù)組合作為后續(xù)主體施工的焊接參數(shù)。

2）防水板就位

防水板從臺(tái)架上布設(shè)完成后，進(jìn)行與上一幅防水板的搭接，保證兩幅防水板的搭接寬度不小于10cm。防水板鋪設(shè)一般采用從一側(cè)邊墻向拱部、再從拱部到邊墻的順序進(jìn)行整幅安裝，防水板要預(yù)留一定的曠量，保證后續(xù)施工時(shí)防水板有一定的變形能力，防止防水板施工時(shí)產(chǎn)生撕裂等質(zhì)量問題。

3）防水板壓焊

墻身部位壓焊：一手持超聲波壓焊機(jī)，一手壓住防水板使防水板與墊圈密貼，施工時(shí)保證焊接機(jī)與墊圈呈垂直角度，施加壓力進(jìn)行焊接，單點(diǎn)焊接時(shí)間應(yīng)為3-4s，時(shí)間過短或過長都將影響焊接質(zhì)量。

拱頂焊接：拱頂進(jìn)行焊接時(shí)，用柔性（木條等）臨時(shí)支撐將防水板頂?shù)匠踔嫔?，調(diào)節(jié)防水板的曠量，然后按照與墻身相同的焊接方法進(jìn)行防水板與墊圈的焊接。

焊點(diǎn)數(shù)量控制：墊圈與防水板焊接在邊墻部位每個(gè)墊圈施焊3個(gè)點(diǎn)，拱頂施焊4個(gè)點(diǎn)，焊點(diǎn)應(yīng)均勻布置在墊圈上，并呈梅花狀布置，每個(gè)焊點(diǎn)均應(yīng)焊接牢固，焊接不牢應(yīng)重新進(jìn)行焊接。

4）焊接順序

將墊圈與防水板焊接完成后，檢查焊接質(zhì)量，焊接不牢的應(yīng)當(dāng)進(jìn)行補(bǔ)焊，墊圈焊接質(zhì)量檢查合格后進(jìn)行兩幅防水板的焊接，確保搭接寬度不小于10cm后，安裝超聲波自動(dòng)爬焊機(jī)，依據(jù)先前確定好的焊接參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)焊接機(jī)并進(jìn)行焊接，焊接順序由一側(cè)墻身至拱頂再到墻身，焊接時(shí)應(yīng)注意檢查焊接效果，出現(xiàn)焊接不牢等現(xiàn)象應(yīng)及時(shí)調(diào)整施工參數(shù)。

3.2.4 焊接質(zhì)量檢查

自動(dòng)爬焊機(jī)焊接完成后，等防水板焊縫冷卻凝結(jié)后進(jìn)行焊縫質(zhì)量檢查。檢查方法為將一側(cè)邊墻預(yù)留的空氣道進(jìn)行封閉，另一側(cè)連接氣壓表及充氣設(shè)施，確定設(shè)備滿足工作條件時(shí)即可進(jìn)行充氣，當(dāng)空氣道氣壓達(dá)到0.25Mpa時(shí)停止充氣，保持25min若氣壓下降在10%以內(nèi)，證明焊縫焊接合格，若壓力有所下降則防水板焊縫有泄漏。檢查漏氣位置時(shí)保證空氣道內(nèi)有足夠的壓力，隨后用肥皂水涂抹到焊縫上，發(fā)現(xiàn)有氣泡出現(xiàn)的位置用記號(hào)筆做出標(biāo)識(shí)，全部檢查完成后再次進(jìn)行補(bǔ)焊作業(yè)，補(bǔ)焊作業(yè)完成后再次進(jìn)行焊接質(zhì)量檢測，確保焊縫質(zhì)量合格。

4 超聲波焊接質(zhì)量要點(diǎn)

4.1 防水板的保護(hù)

1）防水板附近要進(jìn)行電焊作業(yè)時(shí)，應(yīng)將防水板用濕的土工布覆蓋等多種方式進(jìn)行保護(hù)，防止電焊火花燒穿防水板。

2）防水板鋪設(shè)前應(yīng)仔細(xì)檢查初支基面，避免基面不平整有凹凸部分，造成澆筑二襯混凝土?xí)r頂破防水板的現(xiàn)象。

3）當(dāng)防水板施工緊跟掌子面施工時(shí)，對(duì)防水板要進(jìn)行有效保護(hù)，避免掌子面爆破施工時(shí)，飛石砸破防水板。

4）二襯鋼筋施工時(shí)要加強(qiáng)控制鋼筋的安裝作業(yè)，安裝完成后的鋼筋工程在靠近防水板一側(cè)不應(yīng)有出露的鋼筋頭等尖銳物，防止刺破防水板。

4.2 常見的焊接質(zhì)量缺陷及處理方法

1）防水板與墊圈焊接不牢或者燒焦防水板的現(xiàn)象：產(chǎn)生這種現(xiàn)象的主要原因可能是因?yàn)榉浪迮c墊圈的熔點(diǎn)不匹配，例如防水板已經(jīng)達(dá)到熔點(diǎn)而墊圈熔點(diǎn)還未達(dá)到，導(dǎo)致防水板與墊圈焊接時(shí)出現(xiàn)質(zhì)量問題。這種問題的出現(xiàn)解決辦法一般為更換墊圈，選擇與施工所用的防水板熔點(diǎn)相近的墊圈，墊圈顏色應(yīng)首選紅色，以方便后期施工時(shí)查找墊圈位置進(jìn)行焊接作業(yè)。

2）焊點(diǎn)焊接不牢、焊接結(jié)合不穩(wěn)定：防水板焊接時(shí)要指定焊接操作人員，保證焊接質(zhì)量穩(wěn)定。施工應(yīng)使防水板與墊片之間緊密貼合，嚴(yán)格把握焊接時(shí)間與焊接壓力，焊接時(shí)間不得過短或過長，焊接壓力不得過大或過小。防水板與墊圈焊接要保持槍頭與防水板垂直，槍頭頂壓進(jìn)防水板大約0.5mm即可，持續(xù)時(shí)間3-4s。

5 焊接施工安全控制要點(diǎn)

1）施工用電應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行臨時(shí)用電規(guī)程，并經(jīng)常檢查施工電路，避免電線破損造成觸電事故。

2）高空作業(yè)人員應(yīng)正確佩戴安全繩，防止發(fā)生高空墜落事故。

3）超聲波焊接機(jī)主機(jī)箱應(yīng)放置在顯眼位置，并進(jìn)行標(biāo)識(shí)，防止墜物砸壞或者碰撞損傷。

6 結(jié)語

超聲波焊接技術(shù)極大地提高了采用熱熔焊接技術(shù)的焊接質(zhì)量，使以往的熱熔焊接出現(xiàn)的質(zhì)量通病得到了有效降低。超聲波焊接具有焊接質(zhì)量可控，自動(dòng)化程度高等優(yōu)勢，不僅保證了焊接質(zhì)量又滿足了外觀要求。綜合超聲波焊接的優(yōu)點(diǎn)得出超聲波焊接技術(shù)是值得大力推廣和應(yīng)用的先進(jìn)施工工藝。

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