论文部分内容阅读
[摘 要]为保证隧道防水板施工质量，本文提出采用超声波热熔焊接技术进行防水板挂点热熔焊接施工，可有效控制防水板预留富余量及热熔焊点焊接质量，在工程实践过程中取得了良好的效果，有效提高隧道防水板的施工质量。
[關键词]防排水 超声波热熔焊接 质量 控制
中图分类号：U455.4；TG44 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）43-0396-02
1 超声波热熔焊接技术原理及应用
1.1工艺原理
超声波热熔焊机是近年来兴起并用于隧道防水板热熔焊接的施工机具，其施工工艺逐渐趋于成熟。其主要技术原理为：超声波热熔焊机是由发生器产生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摩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。
1.2防水板超声波热熔焊接技术应用
目前，防水板挂设施工工艺主要采用热熔衬垫式。土工布挂设时采用射钉枪将热熔垫圈按照一定间距将土工布固定在初期支护表面，再通过热风枪将防水板与热熔垫圈热熔连接。采用热风枪焊接工艺挂设防水板时作业人员必须在防水板与已挂设土工布之间进行施工作业，施工空间狭窄且难以从正面观察防水板挂设效果，作业人员较难以控制防水板预留富余量；同时，热风枪焊接温度不稳定，热熔焊点最佳焊接时间较难以掌握。因此，采用热风枪挂设防水板施工工艺易导致防水板热熔焊点出现焊穿、焊接不牢固，防水板富余量不足等问题，最终导致防水板与初期支护间形成空隙并造成衬砌渗漏水现象，影响隧道施工实体质量。
随着客运专线的迅速发展，线路运营安全对隧道防排水、衬砌实体质量要求日益提高，为保证隧道衬砌施工质量、防排水效果并提高施工效率，本工程项目针对防水板热熔垫圈焊接施工工艺不断进行总结和分析，在云桂铁路幸福隧道、天星隧道采用超声波热熔焊接工艺进行防水板挂设施工，有效提高防水板施工效率，保证衬砌防排水施工质量。
2 防水板超声波热熔焊接施工工艺
防水板超声波焊接施工工艺流程：施工准备→初期支护基面检查→土工布铺设→防水板铺设及超声波焊接固定→防水板接缝焊接→效果检查。
防水板超声波焊接施工工艺主要如下：
1、施工准备
衬砌防排水作业人员3人，超声波热熔焊机一台，土工布及防水板4卷（一个衬砌浇筑段），热熔垫圈（采用新型改进型，其颜色为容易识别的红色或黑色同材质垫片）若干，射钉枪一台，爬焊机一台。
2、初期支护基面检查
土工布铺设前对隧道进行初支断面测量，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，并用水泥浆抹平覆盖，基面平整度应符合D/L≤1/10的要求，确保喷射混凝土表面平整。
3、土工布铺设
铺设土工布时从隧道中线向两侧沿隧道内壁展开，用尾部套有热熔垫片的射钉将土工布平顺地固定到隧道初期支护面上，构成防水板缓冲层。铺设时土工布两幅搭接宽度不小于5cm，铺设效果平顺、无隆起、无皱褶。热熔垫圈间距为拱部0.5m～0.8m、边墙0.8～1.0m，底部1.0m～1.5m，梅花形布置。为使防水板与热熔垫片焊接时方便操作，固定点应选择在基面平整位置。
4、防水板铺设
防水板铺设从拱顶隧道中线向拱脚铺设，防水板松紧应适当留有余量，一般设计周长和铺设长度按4：5比例预留。防水板对位正确后，从拱部开始，人工将防水板按压至基层土工布垫片。
5、超声波热熔焊机调试
A、接通电源：电源为220V、50Hz单项电源。接通电源后后检查工作指示灯是否发亮，确保超声波热熔焊机运转正常。 B、仪器调试：电源接通后，控制版面上的“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。
6、防水板超声波热熔焊接
（1）超声波焊机操作方法
压紧防水板保证防水板与热熔垫圈密贴后将超声波热熔焊机对准热熔垫圈，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为4s。
（2）衬砌防水板超声波热熔焊接施工顺序
隧道拱顶部位焊接：用临时支撑把防水板撑至初期支护面，在按照墙部压焊的方法进行焊接。每个热熔垫圈焊接4个焊点，且均匀布置热熔垫圈上，以保证焊接牢固。
隧道边墙部位焊接：一手持超声波热熔焊机，一手顶压防水板，超声波热熔焊机与初期支护面保持垂直，用手压住防水板，边墙部位每个热熔垫圈焊接3～4个焊点。
防水板超声波热熔焊接施工技术要求
焊接控制顺序：在确保和上一幅防水板搭接不小于15cm前提下，按照上一幅防水板向衬砌前进方向、拱部向边墙、逐排进行的原则进行焊接。焊接时必须保证超声波热熔焊机与初期支护面保持垂直，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。
7、防水板环向接缝焊接
单幅超声波焊点完成后，采用爬焊机连接两幅防水板，搭接宽度15cm。防水板环向焊缝采用双焊缝焊接，焊缝宽度不小于15mm。
8、效果检查
防水板铺设完成后检查施工质量。防水板挂设平整、无褶皱。防水板超声波热熔焊接焊点数量是否符合要求，焊点是否有过焊、焊穿防水板、焊接不牢固等现象，否则进行补焊或者重新焊接。 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、焊接機突然不工作等情况。
3 防水板热超声波熔焊接与传统工艺对比分析
采用热风枪进行防水板热熔焊点焊接工艺时，热风枪需要一定的预热时间，热风枪温度较高，极易对作业人员造成伤害；同时热风枪温度不稳定，作业人员难以把握焊接时间，极易造成焊点焊穿或者焊接不牢固；在进行热风枪焊接时，作业人员必须在防水板与已挂设好土工布之间进行施工作业，操作空间狭小，施工安全难以保证，并且作业人员无法正面观察防水板挂设及预留富余量情况，难以保证防水板铺设质量。相比于热风枪焊接工艺，防水板超声波热熔焊接施工工艺主要有以下优点：
1、超声波热熔焊机操作便利，开机即可焊接，性能安全可靠。
2、超声波热熔焊机节约了热风枪焊接的预热时间、每个焊点焊接时间为4秒，施工效率高。
3、焊机焊接温度稳定，在确保焊接时间的情况下不易造成过焊、焊接不牢固等问题。
4、相比于热风枪焊接防水板工艺，采用超声波热熔焊机进行防水板挂设施工时，作业人员可在防水板外侧进行作业，操作空间得到保证，可直观、有效地控制防水板富余量及热熔焊点焊接质量。
4 结论
通过上述对比分析，可以得出以下结论：
1、防水板超声波热熔焊接施工工艺原理简单，作业人员极易掌握其操作要领，机具安全可靠性及作业人员施工安全得到保障。
2、施工工艺简单，相比传统防水板热熔焊点施工工艺极大缩短了焊接时间和操作难度，提高施工功效。
3、超声波热熔焊机稳定性强，设定好焊接时间后焊机自动断电确保焊接时间准确。在保证焊接时防水板与热熔垫圈密贴及焊接时间情况下即可确保热熔焊点牢固且不造成防水板焊穿现象，防水板热熔焊点质量得到保证，有效提升隧道衬砌防排水质量。
4、采用超声波热熔焊接工艺使防水板与每个热熔垫圈有4个焊点，布置均匀的热熔焊点可有效避免防水板在混凝土浇筑过程中收到挤压而造成整体脱落。
5、通过控制防水板热熔焊点焊接质量可有效控制防水板铺设平整度和预留富余量，保证防水板与初期支护面密贴，确保衬砌混凝土施工过程中避免防水板与初期支护面之间、衬砌背后脱空。
6、在施工前，应对防水板及热熔垫圈进行试焊，验证同批次热熔垫圈与防水板的熔点是否相近，并掌握焊接的最佳时间。
参考文献
[1]《铁路隧道防排水施工技术指南》（TZ331-2009）.
[2]《高速铁路隧道工程施工技术指南》（铁建设[2010]241号）.
[3]《高速铁路隧道工程施工质量验收标准》（TB10753-2010）.
[關键词]防排水 超声波热熔焊接 质量 控制
中图分类号：U455.4；TG44 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）43-0396-02
1 超声波热熔焊接技术原理及应用
1.1工艺原理
超声波热熔焊机是近年来兴起并用于隧道防水板热熔焊接的施工机具，其施工工艺逐渐趋于成熟。其主要技术原理为：超声波热熔焊机是由发生器产生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摩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。
1.2防水板超声波热熔焊接技术应用
目前，防水板挂设施工工艺主要采用热熔衬垫式。土工布挂设时采用射钉枪将热熔垫圈按照一定间距将土工布固定在初期支护表面，再通过热风枪将防水板与热熔垫圈热熔连接。采用热风枪焊接工艺挂设防水板时作业人员必须在防水板与已挂设土工布之间进行施工作业，施工空间狭窄且难以从正面观察防水板挂设效果，作业人员较难以控制防水板预留富余量；同时，热风枪焊接温度不稳定，热熔焊点最佳焊接时间较难以掌握。因此，采用热风枪挂设防水板施工工艺易导致防水板热熔焊点出现焊穿、焊接不牢固，防水板富余量不足等问题，最终导致防水板与初期支护间形成空隙并造成衬砌渗漏水现象，影响隧道施工实体质量。
随着客运专线的迅速发展，线路运营安全对隧道防排水、衬砌实体质量要求日益提高，为保证隧道衬砌施工质量、防排水效果并提高施工效率，本工程项目针对防水板热熔垫圈焊接施工工艺不断进行总结和分析，在云桂铁路幸福隧道、天星隧道采用超声波热熔焊接工艺进行防水板挂设施工，有效提高防水板施工效率，保证衬砌防排水施工质量。
2 防水板超声波热熔焊接施工工艺
防水板超声波焊接施工工艺流程：施工准备→初期支护基面检查→土工布铺设→防水板铺设及超声波焊接固定→防水板接缝焊接→效果检查。
防水板超声波焊接施工工艺主要如下：
1、施工准备
衬砌防排水作业人员3人，超声波热熔焊机一台，土工布及防水板4卷（一个衬砌浇筑段），热熔垫圈（采用新型改进型，其颜色为容易识别的红色或黑色同材质垫片）若干，射钉枪一台，爬焊机一台。
2、初期支护基面检查
土工布铺设前对隧道进行初支断面测量，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，并用水泥浆抹平覆盖，基面平整度应符合D/L≤1/10的要求，确保喷射混凝土表面平整。
3、土工布铺设
铺设土工布时从隧道中线向两侧沿隧道内壁展开，用尾部套有热熔垫片的射钉将土工布平顺地固定到隧道初期支护面上，构成防水板缓冲层。铺设时土工布两幅搭接宽度不小于5cm，铺设效果平顺、无隆起、无皱褶。热熔垫圈间距为拱部0.5m～0.8m、边墙0.8～1.0m，底部1.0m～1.5m，梅花形布置。为使防水板与热熔垫片焊接时方便操作，固定点应选择在基面平整位置。
4、防水板铺设
防水板铺设从拱顶隧道中线向拱脚铺设，防水板松紧应适当留有余量，一般设计周长和铺设长度按4：5比例预留。防水板对位正确后，从拱部开始，人工将防水板按压至基层土工布垫片。
5、超声波热熔焊机调试
A、接通电源：电源为220V、50Hz单项电源。接通电源后后检查工作指示灯是否发亮，确保超声波热熔焊机运转正常。 B、仪器调试：电源接通后，控制版面上的“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。
6、防水板超声波热熔焊接
（1）超声波焊机操作方法
压紧防水板保证防水板与热熔垫圈密贴后将超声波热熔焊机对准热熔垫圈，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为4s。
（2）衬砌防水板超声波热熔焊接施工顺序
隧道拱顶部位焊接：用临时支撑把防水板撑至初期支护面，在按照墙部压焊的方法进行焊接。每个热熔垫圈焊接4个焊点，且均匀布置热熔垫圈上，以保证焊接牢固。
隧道边墙部位焊接：一手持超声波热熔焊机，一手顶压防水板，超声波热熔焊机与初期支护面保持垂直，用手压住防水板，边墙部位每个热熔垫圈焊接3～4个焊点。
防水板超声波热熔焊接施工技术要求
焊接控制顺序：在确保和上一幅防水板搭接不小于15cm前提下，按照上一幅防水板向衬砌前进方向、拱部向边墙、逐排进行的原则进行焊接。焊接时必须保证超声波热熔焊机与初期支护面保持垂直，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。
7、防水板环向接缝焊接
单幅超声波焊点完成后，采用爬焊机连接两幅防水板，搭接宽度15cm。防水板环向焊缝采用双焊缝焊接，焊缝宽度不小于15mm。
8、效果检查
防水板铺设完成后检查施工质量。防水板挂设平整、无褶皱。防水板超声波热熔焊接焊点数量是否符合要求，焊点是否有过焊、焊穿防水板、焊接不牢固等现象，否则进行补焊或者重新焊接。 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、焊接機突然不工作等情况。
3 防水板热超声波熔焊接与传统工艺对比分析
采用热风枪进行防水板热熔焊点焊接工艺时，热风枪需要一定的预热时间，热风枪温度较高，极易对作业人员造成伤害；同时热风枪温度不稳定，作业人员难以把握焊接时间，极易造成焊点焊穿或者焊接不牢固；在进行热风枪焊接时，作业人员必须在防水板与已挂设好土工布之间进行施工作业，操作空间狭小，施工安全难以保证，并且作业人员无法正面观察防水板挂设及预留富余量情况，难以保证防水板铺设质量。相比于热风枪焊接工艺，防水板超声波热熔焊接施工工艺主要有以下优点：
1、超声波热熔焊机操作便利，开机即可焊接，性能安全可靠。
2、超声波热熔焊机节约了热风枪焊接的预热时间、每个焊点焊接时间为4秒，施工效率高。
3、焊机焊接温度稳定，在确保焊接时间的情况下不易造成过焊、焊接不牢固等问题。
4、相比于热风枪焊接防水板工艺，采用超声波热熔焊机进行防水板挂设施工时，作业人员可在防水板外侧进行作业，操作空间得到保证，可直观、有效地控制防水板富余量及热熔焊点焊接质量。
4 结论
通过上述对比分析，可以得出以下结论：
1、防水板超声波热熔焊接施工工艺原理简单，作业人员极易掌握其操作要领，机具安全可靠性及作业人员施工安全得到保障。
2、施工工艺简单，相比传统防水板热熔焊点施工工艺极大缩短了焊接时间和操作难度，提高施工功效。
3、超声波热熔焊机稳定性强，设定好焊接时间后焊机自动断电确保焊接时间准确。在保证焊接时防水板与热熔垫圈密贴及焊接时间情况下即可确保热熔焊点牢固且不造成防水板焊穿现象，防水板热熔焊点质量得到保证，有效提升隧道衬砌防排水质量。
4、采用超声波热熔焊接工艺使防水板与每个热熔垫圈有4个焊点，布置均匀的热熔焊点可有效避免防水板在混凝土浇筑过程中收到挤压而造成整体脱落。
5、通过控制防水板热熔焊点焊接质量可有效控制防水板铺设平整度和预留富余量，保证防水板与初期支护面密贴，确保衬砌混凝土施工过程中避免防水板与初期支护面之间、衬砌背后脱空。
6、在施工前，应对防水板及热熔垫圈进行试焊，验证同批次热熔垫圈与防水板的熔点是否相近，并掌握焊接的最佳时间。
参考文献
[1]《铁路隧道防排水施工技术指南》（TZ331-2009）.
[2]《高速铁路隧道工程施工技术指南》（铁建设[2010]241号）.
[3]《高速铁路隧道工程施工质量验收标准》（TB10753-2010）.