隧道防水板磁焊槍無釘鋪設(shè)施工工藝研究

胡世勇，李瑞宏，溫月亮

(保利長(zhǎng)大工程有限公司第三分公司， 廣州 511430)

1 隧道二襯防水板鋪設(shè)發(fā)展歷程

2 磁焊槍無釘鋪設(shè)法工藝特點(diǎn)

該方法采用多功能防水板鋪設(shè)臺(tái)車作為施工平臺(tái)，首先無釘鋪設(shè)錨固無紡布，然后以磁焊槍熱熔焊接防水板，最后用自動(dòng)爬焊機(jī)焊接防水板接頭成型。

2.1 工藝流程

防水板無釘鋪設(shè)施工工藝流程見圖1。

圖1 防水板無釘鋪設(shè)施工工藝流程

2.2 磁焊槍工作原理

利用磁焊槍通電產(chǎn)生磁場(chǎng)，磁場(chǎng)效應(yīng)通過均勻加熱防水板與熱熔襯墊片之間的鐵絲網(wǎng)片，當(dāng)鐵片絲網(wǎng)加熱后向兩面均勻地釋放熱能，使防水板和熱熔襯墊片中的VA材料融合成一體,在壓合力的幫助下完成焊接[2]。磁焊槍焊接原理示意見圖2。

圖2 磁焊槍工作原理示意

2.3 工藝參數(shù)選定

2.3.1 錨固點(diǎn)參數(shù)選定

以2車道隧道二襯防水板鋪設(shè)為例，二襯防水板錨固受力最不利情況為：二襯處于富水圍巖段，且無紡?fù)凉げ硷査闆r下，飽水土工布與防水板重量均由錨固點(diǎn)承受[3]。每模二襯防水板縱向長(zhǎng)12 m,環(huán)向長(zhǎng)25.1 m,防水板單位面積質(zhì)量1.14 kg/m2；飽水無紡?fù)凉げ济娣e質(zhì)量3.0 kg/m2；1.2 mm防水卷材縱向抗拉強(qiáng)度為21 MPa，重力加速度g取10 N/kg。

防水板與熱熔墊片之間的錨固效果主要取決于兩者之間的粘結(jié)面積，即錨固粘結(jié)面積應(yīng)能承受最不利環(huán)境下飽水土工布與防水板的重力，可通過下列壓強(qiáng)計(jì)算公式進(jìn)行受力驗(yàn)算：

F=P×S

(1)

式中：F為飽水土工布與防水板的總重力，N，系數(shù)取1.5；P為總錨固抗拉強(qiáng)度，MPa，系數(shù)取0.95；S為錨固點(diǎn)總面積,mm2。

經(jīng)計(jì)算：

F=1.5×12×25.1×(1.14+3.0)×10 =18 704.52 N

P=0.95×21=19.95 MPa=19.95 N/mm2

根據(jù)式(1)得：

S=F/P=18 704.52 /19.95 =937.57 mm2

試驗(yàn)前量測(cè)熱熔墊片有效作用面積為4 mm2，則每模二襯防水板錨固點(diǎn)總數(shù)不少于：937.57/4=234個(gè)。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果及規(guī)范要求，2車道隧道二襯防水板墊片錨固點(diǎn)縱向及環(huán)向均按間距1 m設(shè)置，縱向設(shè)13個(gè)錨固點(diǎn)，環(huán)向設(shè)25個(gè)錨固點(diǎn)，防水板錨固點(diǎn)總數(shù)為325個(gè)，其他不同寬度隧道防水板錨固點(diǎn)布置參照本算例[4]。

2.3.2 焊接時(shí)間及電流檔位選定

選擇在已作初支的拱腳附近平順基面(面積為1 m2)進(jìn)行試焊[5]。第1次試焊，先將焊接時(shí)間定位為：1.2 s、1.5 s、2.0 s、2.5 s、3.0 s 五個(gè)檔，后將電位器電流定位為：9.0檔、8.5檔、8.0檔、7.5檔、7.0檔。

試焊時(shí)2人配合，一人固定好防水板，另一人手持磁焊槍，對(duì)準(zhǔn)熱熔片中心進(jìn)行試焊，焊接完畢后觀察焊接面是否出現(xiàn)如下現(xiàn)象：

1) 如果有明顯的鼓包或穿透現(xiàn)象，說明焊接時(shí)間長(zhǎng)，產(chǎn)生了過熱。

2) 如果有焊跡不明顯或者防水板脫落現(xiàn)象，表明焊接時(shí)間短，造成強(qiáng)度低。

3) 若墊片熱熔區(qū)域面積大于等于4 mm2，表明焊接合格。

針對(duì)情況1)，主要通過降低電流(每次半檔)或調(diào)小焊接時(shí)間(每次0.2 s～0.5 s)來改善焊接效果；針對(duì)情況2)，加大電流(每次半檔)或調(diào)大時(shí)間(每次0.2 s～0.5 s)來調(diào)整最佳焊接效果[6]。試焊結(jié)果以防水板與熱熔片面均勻粘結(jié)而不出現(xiàn)鼓包、穿透、虛焊、手拉不脫離為佳。通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)焊接時(shí)間以及所對(duì)應(yīng)電位器檔位的比選，得到了不同焊接時(shí)間、檔位下的焊接效果[7]，其對(duì)比情況見表2。第2次試焊，防水板與熱熔片連接工藝試焊見圖3。

表2 不同焊接時(shí)間、電位器檔位的焊接效果對(duì)比

(a) 試焊作業(yè)

由表2可知，電位器檔位在8.0檔、焊接時(shí)間為2.5 s時(shí)，焊接效果很好，且操作時(shí)間容易控制。

2.3.3 施工工藝控制要點(diǎn)

1) 初期支護(hù)基面修整

隧道初期支護(hù)后表面不平順及外露預(yù)埋件，鋪設(shè)防水板之前要清除，確保初支面平順，避免防水板破損，提高其防水功效，具體采用以下處理措施[8]：

(1) 鋼筋網(wǎng)、鋼管、錨桿等凸出部分，先切斷后用砂漿平抹。

(2) 局部凹凸不平的初支面，用鑿除或者補(bǔ)噴的辦法處理平順。

2) 磁焊槍焊接操作要點(diǎn)

自2015年李克強(qiáng)總理提出了“新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換”以來，開始出現(xiàn)在國(guó)家領(lǐng)導(dǎo)人的講話和文件中，并在2016年開始頻繁出現(xiàn)在互聯(lián)網(wǎng)中。進(jìn)入2017年以來，“新舊動(dòng)能”的內(nèi)涵才逐漸豐富和完善起來。所以“新舊動(dòng)能”作為官方用語來說，沒有嚴(yán)格的概念界定，但我們從一系列政府文件中和領(lǐng)導(dǎo)講話中可以理解為：新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換的實(shí)質(zhì)就是經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式轉(zhuǎn)變的過程，是轉(zhuǎn)型升級(jí)的過程。在這個(gè)過程中，壯大新動(dòng)能、提升傳統(tǒng)動(dòng)能，推動(dòng)經(jīng)濟(jì)保持中高速增長(zhǎng)、產(chǎn)業(yè)邁向中高端水平。在實(shí)施新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換的經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)下，我們職業(yè)及教育的教學(xué)模式也應(yīng)該進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)換才能夠適應(yīng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

(1) 開機(jī)

① 開機(jī)前確認(rèn)輸入電壓為AC220 V。

② 開機(jī)后待第2個(gè)“芯片電源”指示燈亮后，才可進(jìn)行工作。開機(jī)啟動(dòng)系統(tǒng)需自檢，用時(shí)約2 s，在此時(shí)間內(nèi)禁止操作。

(2) 焊接時(shí)間及電位器檔位設(shè)定

根據(jù)試焊比較取得最佳時(shí)間、電位器組合，將時(shí)間繼電器調(diào)在2.5 s的檔位，電位器置于8.0檔。

(3) 注意事項(xiàng)

① 磁焊槍功率為4 000 W，需要使用直徑大于4 mm2的帶PE線纜(排插線)。

② 漏電斷路器每半個(gè)月測(cè)試1次是否正常，若有問題由電工及時(shí)更換維修。

③ 磁焊槍使用時(shí)只能對(duì)熱熔片上的鐵網(wǎng)片加熱，不可作他用。每次開空槍不得超過1 s，間隔時(shí)間不低于1 s[9-10]。

④ 如果需要多次試開槍，要先將電流開在0檔上再試。

⑤ 在焊接時(shí)間內(nèi)不可多次扣動(dòng)開關(guān)，會(huì)影響計(jì)時(shí)準(zhǔn)確性。

⑥ 如需第2次焊接，需把槍頭轉(zhuǎn)動(dòng)90°再焊，可實(shí)現(xiàn)均勻焊接效果。

(4) 防水板與熱熔片焊接工藝

① 在掛防水板之前要檢查專用熱熔片與防水板表面是否干凈。

② 左手按住熱熔片周邊的防水板，右手握磁槍，通過觀察熔片的位置, 將磁槍對(duì)準(zhǔn)熱熔片中心后壓合并扣動(dòng)開關(guān)約2.5 s進(jìn)行焊接作業(yè)，到設(shè)定時(shí)間后即可放開。

③ 移開磁槍觀察是否偏焊或虛焊，修正焊接位置并將磁槍轉(zhuǎn)動(dòng)90°后，第2次用同一手勢(shì)再焊1次，確保焊接的均勻性[11-12]。

④ 快速冷卻焊接點(diǎn)。持焊槍操作人員在移除磁焊槍后松開左手前，另一個(gè)操作人員用濕毛巾按著焊接點(diǎn)降溫，循環(huán)下去直到完成所有點(diǎn)的焊接。

⑤ 防水板固定點(diǎn)的間距拱部為4點(diǎn)/m2，在凹凸處應(yīng)適當(dāng)增加固定點(diǎn)。安裝防水板時(shí)要保持一定的松弛度，用手壓住防水板沒有出現(xiàn)繃緊及褶皺現(xiàn)象為宜[13]。無紡布和防水板安裝大樣見圖4，防水板鋪設(shè)效果見圖5。

(b) 防水板鋪設(shè)效果

圖4 防水板安裝大樣圖

3 防水板施工檢測(cè)

在試鋪階段，記錄了連續(xù)5組防水板單點(diǎn)焊接時(shí)間，量測(cè)了其熱塑性圓墊圈的徑向長(zhǎng)度，檢測(cè)了其焊接有效面積，合格率為65%，平均焊接時(shí)間均超過4 s。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)分析5組數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)初期支護(hù)面不平整是合格率低的主要原因，施工時(shí)加強(qiáng)了基面處理，并對(duì)作業(yè)人員焊接技能進(jìn)行培訓(xùn)[14]。改進(jìn)后的施工檢測(cè)統(tǒng)計(jì)見圖6。由圖6可見，防水板單點(diǎn)錨固面積平均合格率為95.8%，明顯提升；單點(diǎn)焊接平均時(shí)間為2.5 s，明顯縮短，滿足施工要求[15]。

(a) 防水板鋪設(shè)作業(yè)

圖6 防水板安裝單點(diǎn)錨固及焊接統(tǒng)計(jì)

4 結(jié)束語

為解決隧道二襯防水板錨固點(diǎn)面積合格率低這一難題，隧道二襯防水板施作采用磁焊槍無釘鋪設(shè)法施工。通過調(diào)整不同焊接時(shí)間及電位器檔位試焊，得到了最佳焊接時(shí)間為2.5 s及電位器檔位為8.0檔，成功縮短了防水板的焊接時(shí)間，提高了焊接錨固合格率，減少了工人的作業(yè)時(shí)間；同時(shí)，優(yōu)化后的工藝操作簡(jiǎn)便、速度快、不傷及母材，對(duì)比防水板其他鋪設(shè)方法，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益良好，具有推廣應(yīng)用價(jià)值。