浅谈隧道防水板超声波焊接及质量控制要点

谢远耀

摘要： 隧道防水板使用传统的热熔焊接施工效率低，焊接质量和外观效果差，本文结合云南富宁至广西那坡高速公路板仑隧道采用新型超声波防水板焊接技术的应用情况，从原理、工艺、组织、质量各个方面的效果进行了介绍和对比，其指标和性能优势明显，对防水板超声波焊接在工程中应用有积极的借鉴作用。

Abstract： The tunnel flashing uses traditional hot melt welding， its construction efficiency is low and the welding quality and appearance are poor. Combined with the application of the welding technology of a new type of ultrasonic flashing in Banlun tunnel of the Napo Expressway from Guning， Yunnan to Napo， Guangxi， this paper analyzes the results from principle， process， organization， quality and other aspects. The indicators and performance advantages are obvious， which provides the reference for the application of ultrasonic flashing welding in the engineering.

关键词： 隧道；防水板；超声波；焊接

Key words： tunnel；flashing；ultrasonic；welding

中图分类号：U445.4 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）02-0131-02

1 项目概况

云南富宁至广西那坡高速公路主线全长22.233km，起点位于云南罗富高速公路，连接广西靖那高速公路，板仑隧道桩号为K3+885，位于广西与云南交界的富宁板仑乡境内，隧道左线里程为ZK2+886～ZK4+851，长度1965m，右线里程为YK2+885～YK4+885，长度2000m，左线进出口明洞长度分别为26m、22m，右线进出口明洞长度分别为4m、12m；隧道左线最大埋深358m，右线最大埋深355m。本隧道为全线最长隧道，为分离式隧道，是富宁至那坡高速公路控制性工程，隧道进口处间距20.7m，出口处间距19.5m，洞口段为小间距施工。本文结合板仑隧道采用新型超声波防水板焊接技术的实例应用，对焊接技术和质量控制要点进行分析探讨。

2 工艺概况及原理

以往多数隧道防水板铺设后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垫片为主，垫片与防水板以热熔形式处理，往往容易烧焦、烧穿，与初支表面的密贴效果不稳定，质量控制难，整体平顺性不好。板仑隧道结构防水由喷射混凝土、柔性卷材防水层和二次衬砌结构自防水等组成，其中柔性防水卷材为土工布和1.5mm厚PVC防水板组成，施工过程中采用新型超声波对防水板焊接，超声波焊接机由发生器产生20kHz～35kHz的高压、高频信号，通过换能系统转换成高频机械振动，借助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提高接触面局部温度，当温度升高至工件熔点时，工件接口迅速熔化将接口间的空隙填实，随接触时间延长，接触面熔化深度加大，当接触震动停止后，工件冷却定形，至此超声波焊接完美收官。

3 工艺特点

①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。②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，分摊成本仅为电热压力焊焊枪成本的7.5%，经济效益明显。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3s，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。

4 适用范围

本方法适用于隧道施工的防水板与垫片间的焊接施工。

5 主要引用标准

《公路工程质量检验评定标准》（JTG F80/1-2004）；

《高速公路施工标准化技术指南》 第五册 隧道工程；

《公路隧道施工技术规范》（JTG F60-2009）。

6 施工方法

隧道内壁一定范围内铺设好土工布，土工布与隧道洞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2～3s；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。

7 工艺流程及操作要点

7.1 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

7.2 操作要点

7.2.1 施工准备

工前调配好人员、机具等各方面资源，做好工前准备工作。首先材料要准备到位，其中，热熔垫片（图1）选择红色新型改进型垫片，确定固定点的位置再开始施焊。另外，在受力条件允许的情况下需要尽量缩小垫片面积，以节省EVA原材料，降低材料成本。

7.2.2 基面检查

铺设防水层前先扫描隧道断面，按质量要求处理好初期支护喷射混凝土表面，将锚杆头或钢筋露头切除后用细石混凝土抹平覆盖，凹坑深宽比不宜超出1/10，超出这一控制标准会影响混凝土喷射基面的平整度，所以检查时必须用细石混凝土将其填平，再用平整度尺和塞尺检验填坑后表面的平整度，确认符合喷射要求后再铺土工布，安装环向透水盲管，然后施作防水板。

7.2.3 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洞壁上，构成防水板铺设基层。铺设时，要保证土工布两幅搭接宽度至少为50mm，并且布面平顺，没有褶皱或隆起（如图2）。垫片作为防水板固定点，应按设计要求布置成梅花形，拱部垫片间距控制在0.5～0.8m之间，边墙的垫片间距为0.8～1.0m。尽量在平整的基面上设置防水板和热熔垫片的固定点，以方便焊接。

7.2.4 防水板铺设、超声波焊接

7.2.4.1 超声波焊接机调试

①接通电源：电源为220V、50Hz单项电源。通电后查看指示灯是否亮起，若不亮，需要对保险管进行检查。

②仪器调试：通电后点按面板上的红色“测试”按钮，查看表盘电流表，电流正常值应该在“0.5～1”安倍之间，若不在这一区间内，需要对频率螺杆进行进行左右微调，调试过程中点按红色“测试”按钮，直至电流恢复正常，如果依然无法恢复正常，就应该查看模具是否完好，因为模具存在裂缝或破损，也会对电流造成不良干扰。

7.2.4.2 防水板铺设及固定点焊接

①防水板对位。防水板铺设从一侧边墙下部向拱部、再从拱部向另一侧边墙铺设。打开防水板包装，将板材拉出一两米进行对位。要确保第二幅板材与上一幅防水板搭接处宽度至少为15cm，平顺，且松紧度留有一定余量（设计周长和铺设长度按4：5比例进行预留）。

②超声波焊接机压焊。墙部压焊：一手持超声波焊接机，一手顶压防水板，超声波焊接机与防水板面垂直压紧开始点焊。防水板被熔化后，在端头压入防水板大概0.5mm处停止点焊，单点焊接持续时间约为3s（如图3、图4）。施焊时应确保防水板和垫片紧压密贴，否则会影响点焊效果。

拱部压焊：对拱部施焊时，先用临时钢筋支撑将防水板撑至喷射混凝土面，再以压焊的方式进行焊接。

焊点数量：边墙部位每个垫片焊3个点；拱部每个垫片焊4个点，且宜均匀布置于垫片上，以确保焊接牢固。

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。

7.2.4.3 防水板搭接焊接

防水板铺设到位后及时进行搭接焊接。搭接焊接采用自动爬行热熔器具，要求焊缝均匀，无烧蚀、不破损。

8 劳动力组织和主要机械设备

劳动力组织和机械见表1，表2。

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减少焊接时间、减轻焊接压力。

③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 工程效果评价

防水板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及经济性都得到大幅度提高，防水板和土工布的连接质量达到质的飞跃，板仑隧道通过采用新型超声波防水板焊接技术，隧道防水板焊接效果显著，质量及外观控制得到较好效果。

参考文献：

[1]中国机械工程学会焊接分会.焊接手册[M].北京：机械工业出版社，1993：502-515.

[2]卢彤.塑料超声波焊接及质量影响因素研究[D].哈尔滨工业大学硕士学位论文，1999.

[3]刘洪海，孙丽芸.隧道防水板的施工质量控制[J].中国新技术新产品，2008（16）.