关于混凝土（岩石）体块拆解的工艺方法归纳

关于混凝土（岩石）体块拆解的工艺方法归纳

董胤迪

中铁上海工程局集团第四工程有限公司 天津市邮编：300480

摘要：土建行业中常有混凝土体块拆解的工序，如：桩头破除、地连墙墙头破除、封端墙拆分、冠梁破碎、支撑梁割除......，对此，本人做过一些工艺研判，方案优化的工作，另外考虑到建构筑物拆解及硬岩隧洞开掘等是后续较有市场的一类项目，认为有必要据工作经验对此类作业从基本工艺类型入手，做梳理总结。

1.可用工艺分类

在本人经验统计和知识范围，可用的混凝土及岩石体块拆解工艺：分类如下：

①研磨型：金刚绳锯、无齿锯、水钻、实心柱状钻头、高压水刀；

②冲击型：传统捶凿、风（电）镐、挖掘机液压破碎锤、往复式重力落锤、重型摆球；

③剪劈型：液压剪、石材劈段机（压床式）；

④钳压型：液压鳄鱼钳（或鹰嘴钳）、环布液压破桩机；

⑤胀裂型：传统楔形胀铁、液压岩石劈裂机、化学静力爆破；

⑥爆破型：一般爆破、水压爆破、手持枪式冲击（或剪劈）型工具；

⑦热胀冷缩型：传统火烧水激开山法以及一些改良方法；

⑧熔化型：等离子枪等；

⑨汽化型：矿石激光雕刻机。

2.可用工艺机具效能统计

本文各项机具能效统计与分析均以C40强度混凝土体块为作用对象。

①研磨型：

是采用高硬度材料将刃口宽度的混凝土体全部研磨成粉末。能耗统计如下：

金刚绳锯：常见直径3.4mm金刚绳为例，其切缝宽度一般3.8-4.0mm，其综合工效为1.7m²/h，相应的能量消耗为25度电，所以研磨粉化功耗折算为3676度/m³，按照切缝宽度5mm向分割面折算为18.38度/m²。

无齿锯：以锯片直径1.6m，厚度3.5mm，最大切深0.73m为例，其切缝4.0mm，综合工效为2m²/h，对应能量消耗为25度电，所以研磨粉化功耗折算为3125度/m³，按照切缝宽度5mm向分割面折算为15.6度/m²。

水钻：以开孔直径350mm，钻头壁厚2.5mm为例，其切缝3.5-4mm，综合工效为0.6m²/h，对应能量消耗为8度电，所以研磨粉化功耗折算为3333度/m³，按照切缝宽度5mm向分割面折算为16.7度/m²。

实心柱状钻头：以直径20mm电动冲击钻钻头为例，其实际成孔直径2.3-2.5mm，最大综合功耗3m/h（孔深），对应能量消耗为4度电，所以研磨粉化功耗折算为2717度/m³，按照切缝宽度5mm向分割面折算为13.6度/m²。

高压水刀：其工效与以上几种相比并不突出，并且切入深度较浅，另外设备装调麻烦，能耗相对偏高，不适合于作业面混凝土体块的拆解，在此不做统计分析。

②冲击型：

是以相对于体块基面，采用点状冲击力，极速地形成兼具弹塑性的剪劈点进行作用，高效实施的关键，在于冲击点与冲击方向的选择，如果能利用体块内既有的节理，效果更佳。能耗统计如下：

风镐：以单次冲击能量50J、耗气量25L/秒、频率15.5赫兹的型号，单配7.5KW（容量180L）气泵为例，采用最优冲击角度，将足够大的体块从中间开凿出20cm宽的空间，实现分割，综合工效0.4m³/h，对应能量消耗为0.52度电，所以冲击碎化功耗折算为1.3度/m³，向分割面折算为0.26度/m²。

挖掘机液压破碎锤、往复式重力落锤、重型摆球等属于重型机械类装置，面对结构整体，能体现出优势性。220型挖掘机配100型钎杆液压破碎锤，破凿体块至25-35cm粒径，综合工效160m³/天，用柴油110L（折合电力4697度），所以冲击碎化功耗折算为29.3度/m³，向分割面折算为1.93度/m²，但是与风镐以上精细破碎方式不具备可比性。

③剪劈型：

是通过强力剪切发生作用，但是为保证效果，被剪切部分不会过大，甚至剪切面要与体块节理顺从，所以剪劈型不论机具还是作用对象都有一定的局限性，与土建工程的适用性并不高。本文不做其能耗统计分析。

④钳压型：

是以对向（或环向）的集中外力作用，使体块内力重分布，造成正交于钳压面两侧体块崩离的一种破坏形式。钳压型能耗统计如下：

液压鳄鱼钳：220型挖掘机配开口宽度85cm型液压鳄鱼钳，同工况下其工效可达上文所述液压破碎锤2.5倍，所以钳压碎化功耗折算为11.7度/m³，向分割面折算为0.76度/m²，但其适用性受开口宽度限制。

环布液压破桩机：属于专业性工具，以泵站流量25L/min，压强30Mpa，单顶最大300KN的机型为例，其功率18.5KW，对直径1m，高度50cm，混凝土强度C40的桩头，其从千斤顶钎杆有效接触到桩身开始计算，一般10秒就可实现桩头断离，所以钳压断离功耗折算为0.065度/m²。

⑤胀裂型：

相比于钳压型，其相当于是直接对体块作用以内力，作用直接高效，但是需要提前对体块打孔。胀裂型能耗统计如下：

传统楔形胀铁：对直径1m，高度50cm，强度C40的桩头打孔插入胀铁，用上文所述风镐对胀铁锤击做功，一般连续20秒就可实现桩头断离，再加上打孔所需能耗，所以胀裂断离综合功耗折算为0.006度/m²。

液压岩石劈裂机效率更高，在此不做赘述，而化学静力爆破由于便捷性差，可控性不突出，在此不做统计分析。

⑥爆破型

专业性很强，为提高作用效能，还进一步采取爆炸能量的汇集措施，如岩体水压爆破等，但是使用条件限制多，能耗偏高，在此不做统计分析，仅对手持枪式冲击（或剪劈）型工具做介绍，其能耗统计如下：

手持枪式冲击（或剪劈）型工具：其在国内极为少见，其工作原理同枪械，一般装填步枪型空包弹，激发后产生高压气体，推动活塞轴，联动冲击头或剪劈工作部动作，相比于一般的爆破，其能量转化率较高，但是相比传统风镐其优势并不突出，如上文所述风镐持续动作1秒钟，可锤击15次多，总共输出775J左右能量，而手持枪式冲击工具，一颗空包弹，能量为1000J左右，只能动作一次，不能保证工作成效，所以以大约相对风镐30%的工作成效折算，冲击碎化功耗折算为4.3度/m³，向分割面折算为0.87度/m²，但是其作为应急救援工具搭载剪劈工作部，相比手持液压剪等，优势明显。

⑦热胀冷缩型

体块加热时体积变大，表面快速冷却导致温度应力产生，进而发生破裂，以火烧水激开山法为例，是早先人类在生产力水平限制情况下凝结的智慧结晶，从适用性以及能耗和操控性能来讲，当前已无优势，但是也还是能给人启发，比如采用高功率激光照射岩石，除高温汽化外，有时候也会因为瞬时温差过大而出现迸裂的情况，而这种破坏理论上也可向有用化方向发展。

⑧熔化型

是将岩石熔融，使其流淌滴落，就特点可以预见，粘稠的熔岩流淌性状必不理想，直接影响工效，并且能耗也不低，所以在此不做统计分析。

⑨汽化型

是采用高能激光，使体块表面照射点瞬时汽化，目前常见的是石材精雕设备，由于其属于精密设备，所以用于作业面体块分割，存在限制。能耗统计如下：

矿石激光雕刻机：以整机最大功率500W，激光功率68W，精度0.1mm型号为例，在体块表面汽化1mm深1cm²范围，需要1min。汽化功耗折算为50000度/m³，按照切缝宽度5mm向分割面折算为250度/m²。

3.总结

以上均以综合工效统计，取典型代表，从能耗数据这一基本指标分析可见，汽化型（250度/m²）＞＞研磨型（18.38度/m²）＞爆破型（0.87度/m²）＞钳压型（0.76度/m²）＞冲击型（0.26度/m²）＞胀裂型（0.006度/m²）。其中以机械作用为主的工艺方法适用性强，经济方面可，相应机具仍有创新的空间，针对具体项目，还可通过工艺、机具组合，实现方案增效。