淺談隧道防水板超聲波焊接施工技術

丁樹東

【摘 要】防水板施工是隧道防排水的關鍵工序，傳統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驗有較高的要求，施工質量難以保證。現如今越來越多的防水板施工采用超聲波焊接機進行焊接施工，本文主要研究隧道工程中利用超聲波焊接機焊接防水板的施工技術和質量控制要點。

【關鍵詞】防水板;超聲波焊接;質量控制

中圖分類號： U453.6文獻標識碼： A文章編號： 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

超聲波焊接是利用超聲波在聚合物材料中產生機械功，機械功的表現方式是高聚物分子因振動而引起連續受壓和解壓，這部分機械功是以熱能的表現形式出現，持續的高頻應變應力荷載以及較低的熱傳導率使應力應變集中區的材料溫度迅速升高，再施加適當的壓力使防水板瞬間熔融接合。

1.2 與傳統熱熔焊接對比

傳統防水板焊接采用電熱壓焊器熱熔焊接工藝和吊帶掛設工藝，電熱壓焊器熱熔焊接受防水板、熱熔墊片熔點影響較大，采用該工藝施工作業人員難以把握防水板熱熔時間和壓焊力度，使得防水板頻頻出現焊焦、焊穿、焊接不牢等焊接質量通病。吊帶掛設經同類隧道施工發現，該施工工藝常因防水板無法與圍巖密貼，經常出現二襯厚度不足或背后脫空、不密實等現象。

超聲波焊接經對比其他方式主要優勢：不需焊劑和外部加熱，對焊件損傷小、焊接時間短、焊接強度和殘余變形小等優點，且超聲波自動焊接機自動化程度較高，減少了人力資源的使用。

超聲波焊接對傳統熱熔焊接相比，超聲波焊接機不需預熱，開機即可進行焊接。經過查詢相關文獻，超聲波焊接機設備使用壽命長，焊接成本僅為電熱壓力焊槍成本的7.5%，具有相當大的成本優勢。焊接出的焊點外觀質量較好，不會出現傳統熱熔焊接出現的焊焦、焊穿、焊接不牢等質量通病，實際使用效果好，也避免了焊接時出現焊點破損從而進行修補的現象。超聲波焊接機自身不產生熱源，施工時避免了因操作失誤造成人員燙傷等事故。

相對傳統熱熔焊接方法，超聲波焊接不僅在焊接質量上具有優勢，在安全性方面也得到了較大的保證，同時縮短了作業循環時間，提升了工作效率。

1.3 超聲波焊接影響因素

經同類施工實際經驗所得結果分析，超聲波焊接質量由焊接振幅、焊接時間、焊接壓力等條件有關。實際使用時應先進行防水板的試焊試驗，確定焊接振幅、焊接時間、焊接壓力等技術參數，為后續施工提供指導參數。

2 超聲波焊接施工準備

2.1 培訓施工人員

施工作業人員應進行崗前培訓，學習超聲波焊接作業指導書，并對焊接機進行實際操作，培訓合格后，由技術員指導進行施工作業活動。

2.2 人員配置

超聲波焊接防水板施工班組應配置人員7人，作業內容主要有防水板布設、臨時支撐、焊接、質量檢查及安全瞭望。

2.3 設備準備

土工布、熱熔墊圈、防水板、射釘槍、防水板作業臺車、臨時支撐工具、超聲波自動爬焊機。

3 超聲波焊接施工工藝

3.1 工藝流程

施工準備→基面檢查→無紡土工布鋪設→防水板鋪設及焊接→成品檢查。

3.2 施工工藝

3.2.1 基面檢查

在掛設土工布和防水板前要對初支結構面進行檢查，基面應平整，無空鼓、裂縫、尖銳物及錨桿頭，對表面外露的鋼筋錨桿要先進行切除，并用砂漿找平，基面有較大的凹凸應采用噴射混凝土或砂漿找平。基面檢查應使用平整度尺和塞尺進行檢查，確認相關參數符合標準后進行防水板的掛設施工。

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，土工布鋪設時應平順無鼓包。鋪設土工布的意義是在初支面與防水板之間建立一個緩沖層，防止初期支護基面高低不平或毛刺將防水板刺穿，影響防水板使用效果。

土工布鋪設采用射釘配合塑料墊圈進行土工布的掛設，用墊釘圈固定防水板，墊圈布設應采用梅花形，墊圈間距拱部宜為0.5-0.8m，側墻宜為0.8-1.5m，在基面凹處應適當增加固定點，保證防水板與基面緊密貼合。

3.2.3 防水板鋪設及焊接

1）超聲波焊接機試焊

超聲波焊接防水板之前，采用與主體材料相同的防水板進行試焊，不同材料的防水板對應的熔點、表面摩擦系數等均有差異，通過調節焊接振幅、焊接時間、焊接壓力等參數試焊防水板，焊接完成的防水板進行檢測，檢測結果應滿足規范要求，將滿足施工要求的參數組合作為后續主體施工的焊接參數。

2）防水板就位

防水板從臺架上布設完成后，進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。防水板鋪設一般采用從一側邊墻向拱部、再從拱部到邊墻的順序進行整幅安裝，防水板要預留一定的曠量，保證后續施工時防水板有一定的變形能力，防止防水板施工時產生撕裂等質量問題。

3）防水板壓焊

墻身部位壓焊：一手持超聲波壓焊機，一手壓住防水板使防水板與墊圈密貼，施工時保證焊接機與墊圈呈垂直角度，施加壓力進行焊接，單點焊接時間應為3-4s，時間過短或過長都將影響焊接質量。

拱頂焊接：拱頂進行焊接時，用柔性（木條等）臨時支撐將防水板頂到初支面上，調節防水板的曠量，然后按照與墻身相同的焊接方法進行防水板與墊圈的焊接。

焊點數量控制：墊圈與防水板焊接在邊墻部位每個墊圈施焊3個點，拱頂施焊4個點，焊點應均勻布置在墊圈上，并呈梅花狀布置，每個焊點均應焊接牢固，焊接不牢應重新進行焊接。

4）焊接順序

將墊圈與防水板焊接完成后，檢查焊接質量，焊接不牢的應當進行補焊，墊圈焊接質量檢查合格后進行兩幅防水板的焊接，確保搭接寬度不小于10cm后，安裝超聲波自動爬焊機，依據先前確定好的焊接參數進行調節焊接機并進行焊接，焊接順序由一側墻身至拱頂再到墻身，焊接時應注意檢查焊接效果，出現焊接不牢等現象應及時調整施工參數。

3.2.4 焊接質量檢查

自動爬焊機焊接完成后，等防水板焊縫冷卻凝結后進行焊縫質量檢查。檢查方法為將一側邊墻預留的空氣道進行封閉，另一側連接氣壓表及充氣設施，確定設備滿足工作條件時即可進行充氣，當空氣道氣壓達到0.25Mpa時停止充氣，保持25min若氣壓下降在10%以內，證明焊縫焊接合格，若壓力有所下降則防水板焊縫有泄漏。檢查漏氣位置時保證空氣道內有足夠的壓力，隨后用肥皂水涂抹到焊縫上，發現有氣泡出現的位置用記號筆做出標識，全部檢查完成后再次進行補焊作業，補焊作業完成后再次進行焊接質量檢測，確保焊縫質量合格。

4 超聲波焊接質量要點

4.1 防水板的保護

1）防水板附近要進行電焊作業時，應將防水板用濕的土工布覆蓋等多種方式進行保護，防止電焊火花燒穿防水板。

2）防水板鋪設前應仔細檢查初支基面，避免基面不平整有凹凸部分，造成澆筑二襯混凝土時頂破防水板的現象。

3）當防水板施工緊跟掌子面施工時，對防水板要進行有效保護，避免掌子面爆破施工時，飛石砸破防水板。

4）二襯鋼筋施工時要加強控制鋼筋的安裝作業，安裝完成后的鋼筋工程在靠近防水板一側不應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象：產生這種現象的主要原因可能是因為防水板與墊圈的熔點不匹配，例如防水板已經達到熔點而墊圈熔點還未達到，導致防水板與墊圈焊接時出現質量問題。這種問題的出現解決辦法一般為更換墊圈，選擇與施工所用的防水板熔點相近的墊圈，墊圈顏色應首選紅色，以方便后期施工時查找墊圈位置進行焊接作業。

2）焊點焊接不牢、焊接結合不穩定：防水板焊接時要指定焊接操作人員，保證焊接質量穩定。施工應使防水板與墊片之間緊密貼合，嚴格把握焊接時間與焊接壓力，焊接時間不得過短或過長，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，槍頭頂壓進防水板大約0.5mm即可，持續時間3-4s。

5 焊接施工安全控制要點

1）施工用電應嚴格執行臨時用電規程，并經常檢查施工電路，避免電線破損造成觸電事故。

2）高空作業人員應正確佩戴安全繩，防止發生高空墜落事故。

3）超聲波焊接機主機箱應放置在顯眼位置，并進行標識，防止墜物砸壞或者碰撞損傷。

6 結語

超聲波焊接技術極大地提高了采用熱熔焊接技術的焊接質量，使以往的熱熔焊接出現的質量通病得到了有效降低。超聲波焊接具有焊接質量可控，自動化程度高等優勢，不僅保證了焊接質量又滿足了外觀要求。綜合超聲波焊接的優點得出超聲波焊接技術是值得大力推廣和應用的先進施工工藝。

【參考文獻】

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