防水板超声波焊接施工工艺

防水板超声波焊接施工工艺

1 前言

1.1工艺概况

隧道防水板铺设过去一直采取手工方式固定到隧道内壁上，固定方式以射钉锚固为主，防水板搭接头以热熔形式处理。由手工方式铺设的防水板，与峒表面的密贴效果不稳定，整体平顺性不好；射钉挂板时，防水板表面留有孔洞，从而影响防水效果。

云桂铁路项目部一分部采用机械手辅助铺设、超声波焊接施工工艺，使施工效率和施工质量得到明显改善。

1.2工艺原理

超声波焊接机由发生器产生20kHz～35kHz的高压、高频信号，通过换能系统，把信号转换为高频机械振动，通过焊接枪头加于两个靠近的塑料工件上，通过工件表面及内在分子间的磨擦而使接触面局部温度升高，当温度达到工件本身熔点时，工件接口迅速熔化并填充于接口间的空隙，随接触时间延长，接触面熔化深度加大。当接触震动停止时，工件同时在一定的压力下冷却定形，便达成完美的超声波焊接。

2 工艺特点

1）超声波焊接不需加溶剂、粘接剂或其他辅助品，使用成本低。超声波焊接一次性投入较大，但设备使用寿命长（按每月10板二衬计算，枪头寿命16.3个月，焊枪寿命49个月），分摊成本仅为电热压力焊焊枪成本的7.5%，经济效益明显。

2）超声波焊接开机即可焊接，正常情况下焊接枪头不会烫伤操作人员，安全性好。

3）超声波焊接节约了电热压力焊的预热等待时间，一个接触点仅需3秒钟，生产率高。也不会因出现焊点破洞修补而浪费时间。

4）焊点外观质量和熔接程度好，焊点不破损，防水板铺设质量好。

3 适用范围

本方法适用于隧道EVA防水板与热熔垫片间的固定施工

4 主要引用标准

《高速铁路隧道工程施工质量验收标准》（TB10753-2010）

《高速铁路隧道工程施工技术指南》（铁建设[2010]241号）

《铁路隧道防水板铺设工艺技术规定》（建技[2010]13号）

5 施工方法

隧道内壁一定范围内铺设好土工布，土工布与隧道峒壁间的锚固点全部安放有热熔垫片；作业台架就位，在机械手卷筒支架上安装好防水板卷筒；调试好超声波焊接机；在隧道一侧的拱脚处开始释放防水板，使防水板纵向（新铺与已铺）搭接宽度和横向起点位置正确，人工将防水板按压至基层土工布垫片上并保持密贴，用超声波焊枪对正垫片，启动开关持续2～3秒；每个垫片上点焊3-4个焊点；待水平方向热熔垫片全部点焊完成后，再次启动机械手向上移动，使防水板与下一排热熔垫片熔接固定。如此，即可完成整个拱圈防水板的铺设。

6 工艺流程及操作要点

6.1施工工艺流程

施工准备→基面检查→土工布铺设→防水板铺设及超声波焊接固定→效果检查。

6.2操作要点

6.2.1施工准备

进行作业人员培训，机具设备、材料准备到位，其中，热熔垫片（图1）采用新型改进型，其颜色为容易识别的红色同材质垫片，方便焊接时找到固定点具体位置；在满足受力前提下缩小了垫片面积，节约EVA原材料31.6%。

6.2.2基面检查

防水层铺设前应先对隧道进行断面检查，对初期支护喷射混凝土表面进行处理，切除锚杆头和钢筋露头，并用细石混凝土抹平覆盖，凹坑深宽比应控制在1/10以内；深宽比大于1/10的凹坑应用细石混凝土填平，确保喷射混凝土表面平整，基面严重不平整的要进行混凝土的复喷，采用平整度尺及塞尺检测。经检查合格后方可铺设土工布、安设环向透水盲管，最后铺设防水板。

6.2.3土工布铺设

利用作业台架将土工布沿隧道内壁展开，用尾部套有热熔垫片（如图1）的

射钉将土工布平顺地固定到隧道峒壁上，构成防水板铺设基层。铺设时，土工布两幅搭接宽度不小于50mm，铺设效果应平顺、无隆起、无皱褶（如图2）。作为防水板固定点的垫片间距为拱部0.5～0.8m、边墙0.8～1.0m，呈梅花型布置。为使防水板与热熔垫片焊接时方便操作，固定点的应选择在基面平整位置。

图1 热熔垫片图2 土工布铺设效果

6.2.4防水板铺设、超声波焊接

⑴超声波焊接机调试

①接通电源：电源为220V、50Hz单项电源。接通后检查工作指示灯是否发亮，如果不亮，检查保险管。

②仪器调试：电源接通后，按面板上的“测试”红色按钮。以点动为准，按下后立即松开。同时观察表盘电流表，电流在“0.5～1”安培之间为正常。反之则要调试频率螺杆。左右微调，一边调试，一边按“测试”按钮。直到换能器空载电流为“0.5～1”安培为准。

如果不能调试到“0.5～1”安培之间，则要检查模具是否破损或断裂。如有破损或断裂，及时更换。

⑵防水板铺设及固定点焊接

①防水板铺设

防水板对位正确后，从底部开始，人工将防水板按压至基层土工布垫片上并保持密贴，用超声波焊枪将防水板点焊到基层热熔垫片上。再次启动机械手向上旋转，由于防水板下侧已固定，防水板会自动从卷轴上释放，继续焊接防水板与基层垫片。

②防水板超声波焊接固定

墙部压焊：一手持超声波焊接机，一手顶压防水板，超声波焊接机与压过的防水板面保持垂直，再用力压紧并按下开关，熔化防水板后，在端头压入防水板约0.5mm时，即可停止焊接，单点焊接持续时间约3秒（如图3）。施作时，必须将防水板与垫片压密贴，如果防水板与垫片之间没压密贴，将严重影响焊接质量。

图3 现场防水板超声波焊接

拱部压焊：在进行拱部焊接前，先用临时钢筋支撑把防水板撑至喷射混凝土面，再按照墙部压焊的方法进行焊接。

焊点数量：边墙部位每个垫片的焊3个点；拱部每个垫片焊4个点，且宜均匀布置于垫片上，以保证焊接牢固。

焊接顺序控制

在确保和上一幅防水板搭接不小于15cm前提下，从一侧边墙向拱部、再从拱部向另一侧边墙铺设、逐排与固定点焊接。单幅超声波焊点完成后，采用爬焊机连接两幅防水板。

③效果检查

观察防水板整体焊接效果，如果有焊接后大面不平、褶皱等情况，在下一次铺设焊接时要制定纠正措施。

检查异常焊点，针对施焊过程中出现的异常焊点要进行原因分析。如没焊牢、焊穿防水板等情况。

检查异常故障，针对施焊过程中出现的异常故障要进行原因分析。如一次焊接时间过长、模具容易损坏、焊接机突然不工作等情况。

7 劳动力组织

劳动力组织见表1。

表1 防水板铺设作业人员配置表

8 主要机具设备

机具设备配置见表2。

表2 机具设备配置表

9质量控制

9.1易出现的质量问题

焊点不牢固、焊点焊接过量、焊点结合面不均匀。

9.2控制措施

1）出现焊点不牢固时，焊接时，防水板与垫片之间必须密贴，增加焊接时间，增加焊接压力。

2）出现焊点焊接过量时，减少焊接时间、减轻焊接压力。

3）出现焊点结合面不均匀时，检查防水板与垫片之间是否密贴。焊接时，枪头模具应与防水板垫片面垂直。

10 安全注意事项

1）超声波主机箱放置在台架上固定位置处，防止坠物砸坏或碰撞损伤；

2）注意经常检查电源延长线，发现破损处及时修复或更换；

3）高空操作人员需系安全绳，防止高空坠落；

4）连接焊枪的电源线须在距焊枪1.2～1.5m处设置固定点，固定于安全绳上。

11 应用实例

截止目前，云桂铁路石林隧道正洞防水板铺设采用超声波焊接技术，质量和外观均获得满意效果。

图7 防水板铺设效果图8防水板搭接效果12工程结果评价

超声波焊接技术的应用，使以往防水板焊焦、焊穿的质量通病得到了根本改善。现场土工布、防水板铺设美观、平顺，可操作性和观感质量都得到大幅度提高，防水板的铺设质量有了很大提高。