CN112081409A - 一种基于微波致裂混凝土技术的地下连续墙拆除设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于微波致裂混凝土技术的地下连续墙拆除设备和方法，所述设备包括拆除设备本体，拆除设备本体包括微波电源、微波系统、屏蔽箱体、升降推进装置、微波聚焦天线、扭波导、激光位移传感器以及钢筋切割机；所述方法利用激光位移传感器测量微波聚焦天线至地下连续墙距离，通过升降推进装置保持拆除设备与地下连续墙之间距离在1cm以内，利用合适的微波功率对地下连续墙进行照射，直至其发生热剥落，待混凝土剥落完成，用钢筋切割机切除钢筋，并用吊机移除混凝土块；本发明所述的设备和方法利用大功率密度微波选择性加热砂浆或高损耗加强筋的特点，使混凝土发生爆裂，实现地下连续墙的可控非爆破拆除。

Description

一种基于微波致裂混凝土技术的地下连续墙拆除设备和方法

技术领域

本发明属于地下连续墙拆除技术领域，具体涉及一种基于微波致裂混凝土技术的地下连续墙拆除设备和方法。

背景技术

目前，在软土地区轨道交通建设过程中，地下连续墙因机械化程度高、施工对周边环境扰动小、防水性能好、结构刚度大等优点，是最常见的深基坑支护结构形式。在盾构机进出洞、风亭施工、车站接换乘及改扩建过程中，经常要进行地下连续墙的拆除工作。地下连续墙是典型的钢筋混凝土结构，其拆除方法主要包含人工拆除和控制爆破拆除两种。前者工人多采用风镐破除混凝土，再用设备切除钢筋，劳动强度极大，且需要搭设和拆除脚手架等；后者因为爆破器材的敏感性和爆破作业带来的振动和噪声，在闹市区的使用受到了严格限制。因此，需要根据地下连续墙的特点，提出新的安全、高效、经济的墙体拆除方法。

发明内容

本发明提供一种基于微波致裂混凝土技术的地下连续墙拆除设备，与现有方法相比，本发明所提出的方法有效解决了人工拆除存在的劳动强度大、所需设备繁杂等问题，同时解决了爆破拆除存在的使用要求高、不够便利等问题，有效提高了钢筋混凝土地下连续墙的拆除效率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于微波致裂混凝土技术的地下连续墙拆除设备，其特征在于，包括：升降推进装置，所述升降推进装置置于地面，并带动拆除设备进行水平移动和竖直升降；

屏蔽箱体，所述屏蔽箱体设置于所述升降推进装置顶部；

微波电源，所述微波电源与所述屏蔽箱体连接，并给拆除设备提供电能；

微波系统，所述微波系统设置于所述屏蔽箱体内部，用于将直流电能转变成微波能，并提供稳定的连续波输出大功率微波；

微波聚焦天线，所述微波聚焦天线输入端与所述微波系统输出端连接，所述微波聚焦天线用于输出所述微波系统产生的大功率微波对地下连续墙进行拆除；

激光位移传感器，所述激光位移传感器设置于所述屏蔽箱体朝向前进方向的一侧，用于测量所述微波聚焦天线至地下连续墙混凝土表面的距离；

钢筋切割机，所述钢筋切割机设置于所述屏蔽箱体顶部靠近前进方向处，用于切割钢筋。

作为本发明的进一步优选，所述微波系统包括微波发生器、环形器、自动阻抗匹配器、石英隔离窗以及水负载，沿所述屏蔽箱体后端部至前端部依次设置所述微波发生器、所述环行器、所述自动阻抗匹配器以及所述石英隔离窗，所述石英隔离窗输出端与所述微波聚焦天线输入端连接或者所述石英隔离窗输出端与所述扭波导输入端连接，所述石英隔离窗输出端与所述微波聚焦天线输入端连接，所述水负载设置于所述环形器下方。

作为本发明的进一步优选，还包括扭波导，所述扭波导安装于所述微波聚焦天线与所述微波系统之间，所述扭波导将所述微波系统输出的微波扭转90度。

作为本发明的进一步优选，所述升降推进装置带动所述微波聚焦天线升降的范围从待破除地下连续墙混凝土表面的最高位置至最低位置。

作为本发明的进一步优选，所述激光位移传感器配合所述升降推进装置，使所述微波聚焦天线至地下连续墙混凝土表面的距离小于1cm。

作为本发明的进一步优选，所述微波聚焦天线出口端的微波功率密度不低于1000W/cm2。

作为本发明的进一步优选，所述自动阻抗匹配器为不低于100Hz的信号采集频率，所述自动阻抗匹配器内的销钉匹配动作时间小于0.2s。

还提供了一种基于微波致裂混凝土技术的地下连续墙拆除方法，具体步骤如下：

（1）将待拆除混凝土墙上划分若干待拆除区域，并标注出钢筋所在位置；

（2）移动拆除设备至划分的一个所述待拆除区域，使得所述微波聚焦天线出口端靠近待拆除混凝土墙表面，保持所述微波聚焦天线出口端距离待拆除混凝土墙表面1cm以内；（3）打开微波电源，所述微波系统运行，所述微波聚焦天线出口端对所述区域表面进行水平方向照射，直至照射区域发生热剥落；

（4）重复步骤二和步骤三，直至划分的所有区域均进行水平方向微波照射，且待拆除混凝土墙表面均发生热剥落；

（5）关闭微波电源，在所述微波聚焦天线和所述石英隔离窗之间安装所述扭波导；

（6）移动拆除设备至划分的一个所述区域，使得所述微波聚焦天线出口端靠近待拆除混凝土墙表面，保持所述微波聚焦天线出口端距离待拆除混凝土墙表面1cm以内；

（7）打开微波电源，所述微波系统运行，所述微波聚焦天线出口端对所述区域表面进行竖直方向照射，直至照射区域发生热剥落；

（8）重复步骤六和步骤七，直至划分的所有区域均进行竖直方向微波照射，且待拆除混凝土墙表面均发生热剥落；

（9）开启所述钢筋切割机，对完成剥落的待拆除混凝土墙上的钢筋进行切割；

（10）用吊机移除钢筋混凝土块。

作为本发明的进一步优选，在步骤三、步骤四、步骤七以及步骤八实施过程中，可利用风镐对墙体混凝土进行辅助破碎。

通过以上技术方案，相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

本发明利用大功率密度微波选择性加热砂浆或高损耗加强筋的特点，使混凝土发生爆裂，实现地下连续墙的可控非爆破拆除。相比传统方法，该方法具有自动化程度高、施工速率高、对环境扰动小、成本投入较低等优点。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的水平方向破除地下连续墙拆除设备示意图；

图2是本发明的垂直方向破除地下连续墙拆除设备示意图；

图3是本发明的进行地下连续墙微波破除时的三维立体图。

图中：1、微波电源；2、微波发生器；3、环行器；4、自动阻抗匹配器；5、石英隔离窗；6、微波聚焦天线；7、水负载；8、激光位移传感器；9、屏蔽箱体；10、升降推进装置；11、钢筋切割机；12、扭波导； 13、推进油缸。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

目前，混凝土微波拆除技术是上个世纪涌现出的一门新兴技术，主要用于剥离退役核电站防护结构表面受污染的混凝土层和近海混凝土结构表面长期受到海水作用而劣化的混凝土等。工业微波剥离混凝土的原理在于钢筋混凝土由三种性质完全不同的材料构成，分别为钢筋、粗骨料和砂浆，而每种材料有相差悬殊的微波吸收能力，其微波吸收能力由介电参数（包含介电常数和损耗因子）来表征。理论上，砂浆因为含水，是非常好的微波吸收材料，粗骨料次之，而钢筋则因为反射微波不吸收微波。因此，钢筋混凝土结构在微波照射下，砂浆将首先被选择性加热，其因为闭合孔隙水的存在，很容易发生爆裂和热剥落，而钢筋的存在将有效提高混凝土保护层对微波的吸收和升温。

实施例1

基于上述微波致裂混凝土技术原理，本方案提供了一种基于微波致裂混凝土技术的地下连续墙拆除设备，用于地下连续墙的拆除，如图1和图2所示，本方案拆除设备包括升降推进装置10、屏蔽箱体9、微波系统以及微波电源1。所述升降推进装置10置于地面，所述升降推进装置10其支撑装置为可伸缩，使得拆除设备可以进行升降运动，所述升降推进装置10底部设置有移动装置，使得所述拆除设备本体13可以在进行前后、左右移动，所述移动装置可以采用万向轮。所述屏蔽箱体9设置于所述升降推进装置10顶部，所述屏蔽箱体9可在所述升降推进装置10顶部水平移动。所述微波系统封装在所述屏蔽箱体9内，所述微波系统包括微波发生器2、环行器3、自动阻抗匹配器4、石英隔离窗5以及水负载7，沿所述屏蔽箱体9后端部至前端部依次设置有所述微波发生器2、所述环行器3、所述自动阻抗匹配器4以及所述石英隔离窗5，所述环形器3下方通过标准法兰或水管连接有所述水负载7。所述微波电源1置于地面，其与所述屏蔽箱体9连接并给拆除设备提供动力。

其中，所述自动阻抗匹配器4应有不低于100Hz的信号采集频率，所述自动阻抗匹配器4内的三个销钉匹配动作时间不应超过0.2s，（销钉是封装在所述自动阻抗匹配器4中一个器件，自动阻抗匹配器4内部有阻抗测量模块，也有电动马达，根据测量传输线中所述自动阻抗匹配器4之前和之后的电磁波阻抗，所述自动阻抗匹配器4自动启动马达调节三个销钉的高度，实现微波功率的最大传输）所述微波系统的频率宜选为2.45GHz，功率宜选为10-15kW，连接标准波导宜采用BJ22/26型，所述微波系统在保证基本功能的情况下保证所述微波系统内所含装置的总重量小。

还包括微波聚焦天线6和扭波导12，所述微波聚焦天线6输入端与所述石英隔离窗5连接，此时所述微波聚焦天线6输出端可以对地下连续墙混凝土表面进行水平或者竖直方向照射；当所述微波聚焦天线6输入端与所述石英隔离窗5之间安装有所述扭波导12，所述微波聚焦天线6输出端对地下连续墙混凝土表面照射的方向与未安装所述扭波导12前照射方向垂直；即对地下连续墙混凝土表面进行水平和垂直两个方向上的充分照射，使得地下连续墙混凝土完全剥落；

其中，因大功率微波传输通常采用矩形波导，以2.45GHz的微波频率为例，采用的波导型号多为BJ22或者BJ26，BJ22波导的内截面为109.22mm*54.61mm，根据波导内微波分布的特点，短边54.61成为E面（电场面），长边109.22成为H面（磁场面）。为了提高天线出口处的电磁场强度，将E面进行了压缩即形成了所述微波聚焦天线6；所述微波聚焦天线6出口端的微波功率密度应不低于1000W/cm2。

所述升降推进装置10包括三个推进油缸13，（如图3所示）三个所述推进油缸13均设置于所述屏蔽箱体9外侧面，一个所述推进油缸13与所述屏蔽箱体9底面的较长边平行，一个所述推进油缸13与所述屏蔽箱体9底面的较短边平行，一个所述推进油缸13与所述屏蔽箱体9底面垂直方向平行，三个所述推进油缸13分别提供着所述拆除设备本体13上下、左右以及前后移动的动力。所述升降推进装置10中沿所述屏蔽箱体9底面垂直方向设置的所述推进油缸13，用于带动所述微波聚焦天线6在待破除地下连续墙混凝土表面的最高位置和最低位置之间升降；沿所述屏蔽箱体9底面的较长边和沿所述屏蔽箱体9底面的较短边设置的所述推进油缸13，用于带动所述微波聚焦天线6在所述升降推进装置10顶面进行水平方向的平移。

本方案还包括激光位移传感器8，所述激光位移传感器8安装在所述屏蔽箱体9前端面上方，用于测量所述微波聚焦天线6至地下连续墙混凝土表面的距离；还包括钢筋切割机11，所述钢筋切割机11安装于所述屏蔽箱体9上端面靠近所述微波聚焦天线6处，所述钢筋切割机11包括切割刀片，所述切割刀片对地下连续墙钢筋进行切割。所述激光位移传感器8配合所述升降推进装置10中的三个所述推进油缸13，使所述微波聚焦天线6至地下连续墙混凝土表面的距离小于1cm。

微波拆除混凝土施工过程中，需利用金属网或金属腔体实现对人和关键电子元器件的电磁屏蔽；为了配合微波致裂混凝土技术，待拆除的地下连续墙中的钢筋可以由高力学强度、高损耗因子的复合筋如碳纤维筋代替，以进一步提高微波致裂混凝土的效果。

本方案还提供了一种基于微波致裂混凝土技术的地下连续墙拆除方法，以盾构机进洞时钢筋混凝土洞门凿除为例，施工顺序如下：

（1）如图3所示，将待拆除混凝土墙上划分成4×4区域，并在地下连续墙上标注出钢筋所在位置；

（2）移动所述拆除设备本体13至划分的一个所述区域，使得所述微波聚焦天线6出口端靠近待拆除混凝土墙表面，保持所述微波聚焦天线6出口端距离待拆除混凝土墙表面1cm以内；

（3）打开所述微波电源1，所述微波系统运行，所述微波发生器2打开，利用所述自动阻抗匹配器4实现所述微波系统与混凝土的电磁波阻抗匹配，利用合适的微波功率对地下连续墙混凝土表面进行水平方向照射，直至其发生热剥落；

（4）重复步骤二和步骤三，直至划分的所有区域均进行水平方向微波照射，且均发生热剥落；

（5）关闭所述微波电源1，在所述微波聚焦天线6和所述石英隔离窗5之间安装所述扭波导12；

（6）平移拆除设备至划分的一个所述区域，使得所述微波聚焦天线6出口端靠近待拆除混凝土墙表面，保持所述微波聚焦天线6出口端距离待拆除混凝土墙表面1cm以内；

（7）打开所述微波电源1，所述微波系统运行，所述微波聚焦天线6出口端对所述区域表面进行竖直方向照射，直至其发生热剥落；

（8）重复步骤六和步骤七，直至划分的所有区域均进行竖直方向微波照射，且均发生热剥落；

（9）开启所述钢筋切割机11，对完成剥落的待拆除混凝土墙上的钢筋进行切割；

（10）用吊机移除钢筋混凝土块。

本实施方案利用大功率密度微波选择性加热砂浆或高损耗加强筋的特点，使混凝土发生爆裂，实现地下连续墙的可控非爆破拆除。相比传统方法，本方法具有自动化程度高、施工速率高、对环境扰动小、成本投入较低等优点。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本申请中所述的“和/或”的含义指的是各自单独存在或两者同时存在的情况均包括在内。

本申请中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (9)

1.一种基于微波致裂混凝土技术的地下连续墙拆除设备，其特征在于，包括：升降推进装置，所述升降推进装置置于地面，并带动拆除设备进行水平移动和竖直升降；

屏蔽箱体，所述屏蔽箱体设置于所述升降推进装置顶部；

微波电源，所述微波电源与所述屏蔽箱体连接，并给拆除设备提供电能；

微波系统，所述微波系统设置于所述屏蔽箱体内部，用于将直流电能转变成微波能，并提供稳定的连续波输出大功率微波；

微波聚焦天线，所述微波聚焦天线输入端与所述微波系统输出端连接，所述微波聚焦天线用于输出所述微波系统产生的大功率微波对地下连续墙进行拆除；

激光位移传感器，所述激光位移传感器设置于所述屏蔽箱体朝向前进方向的一侧，用于测量所述微波聚焦天线至地下连续墙混凝土表面的距离；

钢筋切割机，所述钢筋切割机设置于所述屏蔽箱体顶部靠近前进方向处，用于切割钢筋。

2.根据权利要求1所述的一种基于微波致裂混凝土技术的地下连续墙拆除设备，其特征在于：所述微波系统包括微波发生器、环形器、自动阻抗匹配器、石英隔离窗以及水负载，沿所述屏蔽箱体后端部至前端部依次设置所述微波发生器、所述环行器、所述自动阻抗匹配器以及所述石英隔离窗，所述石英隔离窗输出端与所述微波聚焦天线输入端连接或者所述石英隔离窗输出端与所述扭波导输入端连接，所述石英隔离窗输出端与所述微波聚焦天线输入端连接，所述水负载设置于所述环形器下方。

3.根据权利要求2所述的一种基于微波致裂混凝土技术的地下连续墙拆除设备，其特征在于：还包括扭波导，所述扭波导安装于所述微波聚焦天线与所述微波系统之间，所述扭波导将所述微波系统输出的微波扭转90度。

4.根据权利要求1所述的一种基于微波致裂混凝土技术的地下连续墙拆除设备，其特征在于：所述升降推进装置带动所述微波聚焦天线升降的范围从待破除地下连续墙混凝土表面的最高位置至最低位置。

5.根据权利要求1所述的一种基于微波致裂混凝土技术的地下连续墙拆除设备，其特征在于：所述激光位移传感器配合所述升降推进装置，使所述微波聚焦天线至地下连续墙混凝土表面的距离小于1cm。

6.根据权利要求1所述的一种基于微波致裂混凝土技术的地下连续墙拆除设备，其特征在于：所述微波聚焦天线出口端的微波功率密度不低于1000W/cm²。

7.根据权利要求2所述的一种基于微波致裂混凝土技术的地下连续墙拆除设备，其特征在于：所述自动阻抗匹配器为不低于100Hz的信号采集频率，所述自动阻抗匹配器内的销钉匹配动作时间小于0.2s。

8.一种基于微波致裂混凝土技术的地下连续墙拆除方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）将待拆除混凝土墙上划分若干待拆除区域，并标注出钢筋所在位置；

（2）移动拆除设备至划分的一个所述待拆除区域，使得所述微波聚焦天线出口端靠近待拆除混凝土墙表面，保持所述微波聚焦天线出口端距离待拆除混凝土墙表面1cm以内；

（3）打开微波电源，所述微波系统运行，所述微波聚焦天线出口端对所述区域表面进行水平方向照射，直至照射区域发生热剥落；

（4）重复步骤二和步骤三，直至划分的所有区域均进行水平方向微波照射，且待拆除混凝土墙表面均发生热剥落；

（5）关闭微波电源，在所述微波聚焦天线和所述石英隔离窗之间安装所述扭波导；

（6）移动拆除设备至划分的一个所述区域，使得所述微波聚焦天线出口端靠近待拆除混凝土墙表面，保持所述微波聚焦天线出口端距离待拆除混凝土墙表面1cm以内；

（7）打开微波电源，所述微波系统运行，所述微波聚焦天线出口端对所述区域表面进行竖直方向照射，直至照射区域发生热剥落；

（8）重复步骤六和步骤七，直至划分的所有区域均进行竖直方向微波照射，且待拆除混凝土墙表面均发生热剥落；

（9）开启所述钢筋切割机，对完成剥落的待拆除混凝土墙上的钢筋进行切割；

（10）用吊机移除钢筋混凝土块。

9.根据权利要求8所述的一种基于微波致裂混凝土技术的地下连续墙拆除方法，其特征在于：在步骤三、步骤四、步骤七以及步骤八实施过程中，可利用风镐对墙体混凝土进行辅助破碎。

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