浅谈液压系统在基坑支护SMW工法上的应用.pdf

液 压 气 动 与 密 封 ／ 2 0 1 4年 第 O 2期 浅谈液压系统在基坑支护 S MW 工法上的应用 李建伟 大连华锐重工集团股份有限公司 液压装备厂 ， 辽宁 大连1 1 6 0 3 5 摘要 随着科 学技术 的发展 ， 液压系统的使用 日益广泛 ， 从尖端科技领域到国民经济各个部分里液压系统都 占有 了一 席之地 ， 而在建 筑领域 ， 也具有举足轻重 的作用 。例如 挖掘机 、 盾 构机 、 混凝土搅拌机等。而本文通过液压系统与基坑支护工法 的结合应用 ， 简要介绍 液压系统在建筑领域基坑支护 S M W 工法中的应用。 关键词 液压系统 ； 基坑支护 ； S MW 工法 ； 坍塌 中图分 类号 T H1 3 7 文献标识码 A 文章 编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 4 0 2 0 0 5 6 0 3 Ap p hc a t i o n o f Hy d r a u l i c S y s t e m o n t h e F o u nd a t i o n P i t S u p po r t o f S M W M e t h o d L I J i a n we D a l i a n H u a r u i He a v y I n d u s t r y G r o u p C o ． ， L t d ． ， H y d r a u l i c E q u i p m e n t Wo r k s ， D a l i a n 1 1 6 0 3 5 ， C h i n a Ab s t r a c t W i t h t h e d e v e l o p me n t o f s c i e n c e a n d t e c h n o l o g y ， t h e u s e o f h y d r a u l i c s y s t e m i s mo r e a n d mo r e w i d e l y ， f r o m c u t t i n g- e d g e t e c h n o l o gy t o n a t i o n a l e c o n o my e a c h p a r t i n h y d r a u l i c s y s t e m h a s a s p a c e f o r o n e p e mo n ， a n d i n t h e c o n s t r u c t i o n fi e l d ， als o h a s the e f f e c t o f p l a y a d e c i s i v e r o l e ． F o r e x a mp l e e x c a v a t o r ， s h i e l d ma c h i n e ， c o n c r e t e mi x e r e t c An d t h r o u g h t h e h y d r a u l i c s y s t e m a n d t h e fou n d a t i o n p i t s u p p o rt e n g i n e e r i n g a p p l i c a t i o n ， thi s p a p e r b r i e fl y i n t r o d u c e s the a p p l i c a t i o n o f h y d r a u l i c s y s t e m i n t h e fi e l d o f b u i l d i n g f o u n d a t i o n p i t s u p p o rt i n S MW me t h o d ． Ke y wo r d s h y d r a u l i c s y s t e m； fou n d a t i o n p i t s u p p o rt； S MW me t h o d； c o l l a p s e 0 引言 液压系统 由于具有体积小 、 重量轻 、 易安装 、 功率 密度 大、 响应快 、 可控制性强 、 工作平稳且可 实现大范 围的无级调速等优点 ， 不仅在工程机械领域 中． 而且在 建筑领域中得到广泛 的应用。其 中液压系统与基坑支 护工法的结合应用就是一个经典案例 。它能有效地预 防建筑工事坍塌事故发生。中华人民共和国行业标准 建筑基坑支护技术规程 J G J 1 2 0 9 9对基坑支护定义 如下 为保证地下结构施工及基坑周边环境 的安全 ． 对 基坑侧壁及周边环境采用的支挡、 加 固与保护措施 。 1 应用背景 随着社会经济迅猛发展和城市化进程加快 ．各类 建筑在我国大量建造 ，各处老城区的改造项 目的逐步 推进 ， 而在建筑施工中也频频发生坍塌事故 ． 据不完全 统计 ， 2 0 0 1 ～ 2 0 0 9年 ， 至少发生坍塌事故 1 0 0余起 ． 其 中 死亡 2 0 0多人 ， 受伤 5 0 0多人 。因为缺乏完善的统计 。 实际情况可能远远要大于这个数字。近几年建设部备 收稿 日期 2 0 1 3 0 0 0 0 作者简介 李建 1 9 7 6 一 ， 男 ， 辽宁抚顺人 ， 工程师 ， 本科 ， 现从事液压系统 设计工作。 5 6 案的重大施工坍塌 中． 基坑坍塌约占坍塌总数的 5 O ％。 塌方造成了惨重的人员伤亡 和经济损失 然而一种有 效的基坑支护工法 ． 可以有效地避免惨剧的发生。在 国 外基坑防护已经被广泛应用 。 并且发展了很多工法 ， 例 如 自立工 法 、 H型钢工法 、 钢矢板工法 、 地下锚 栓工 法 、 R C壁工法 地下连续墙 、 S MW 连续墙工法等 。他 们都有其 各 自的优 缺点 而在 众多基坑 支护工 法 中 S MW 工法得到越来越广泛的应用 ．究其原 因也是和液 压系统的结合使用分不开 的 2 S MW 工法简介 S MWT - 法连续墙是 S o ft Mi x i n g Wa l l 的缩写 ， 是利 用专门的多轴搅拌就地钻进切削土体 ．同时在钻头端 部将水泥浆液注入土体 ． 经充分搅拌混合后 ， 在各施工 单位之间采取重叠搭接施工 ．在水泥土混合体未结硬 前再将 H型钢或其他型材插入搅拌桩体 内．形成具有 一 定强度和刚度 的、 连续完整的、 无接缝的地下连续墙 体 ． 该墙体可作为地下开挖基坑的档土和止水结构 。 S M W 工法于 1 9 7 6年在 日本问世 ． 现 占全 日本地下 连续墙的 5 0 ％左右，该工法现已在东南亚国家和美国、 法 国许多地方广泛应用 ， 近几年在我国的上海、 杭州、 南 京等地推广非常迅速 ． 受 到广泛的欢迎 。 其主要特点是 Hv d r a u l i c s P n e u ma t i c s S e a l s ／ N o ． 0 2 ． 2 0l 4 1 施工不 扰动邻 近土体 ， 不会产 生邻近 地面下 沉 、 房屋倾斜、 道路裂损及地下设施移位等危害 。 2 钻杆具有螺旋推进翼相间设置的特点 ， 随着钻 掘和搅拌反复进行 ．可使水泥系强化剂与土得到充分 搅拌 ． 而且墙体全长无接缝 ， 它 比传统的连续墙具有更 可靠的止水性 3 它可在粘性土、 粉土、 砂土、 砂砾土等土层中应用。 4 可成墙厚度 5 5 0 ～ 1 3 0 0 mm， 常用厚度 6 0 0 m m； 成 墙最大深度 目前为 6 5 m． 视地质条件 尚可施工至更深 。 5 所需工期较其他工法短。在一般地质条件下 ， 为地下连续墙 的三分之一 6 废土外运量远 比其他工法少 。构造简单 ， 特别 适合城市 中的深基坑工程 3 液压系统与基坑支 护工法结合应用 的 理论 阐述 首先在 S MW 连续墙在施工后 ． 就要进行基坑的第 一 次掘削工作 ． 随着掘 削深度 的不断加深 ， 在 S MW 连 续墙两侧形成高度差也就不断加大 ，土压范围也就不 断加大 ．这时虚线范 围内的土壤将形成 向斜下方滑动 的剪切力 ， 见图 1所示 。 、 ＼ { 通 、 一， 图 1 S MW 连续墙两侧状况及土压范 围示意图 由受力公式分析可知 见图 2 2 2 2 F El F2 式 中 土壤向沿着 4 5 。 方向滑动的剪切力 、 一 土壤产生的水平和垂直方向的分力。 图 2受 力 分 析 垂直方 向的分力 对 S MW 连续墙没有影 响 ． 而 水平方 向的分力 完全施加在 S MW 连续墙上 。由于 高度差 的增加． 土压范围的增加 ． 作用在 S MW 连续墙上 的力 也就越来越大。当剪切力超过 S MW 芯材 自身 的屈服强度 ， S M W 芯材就要产生变形甚至破坏 ， 就可能 造成坍塌事故 的发生 这时如果适 当引入一个有效 的 反作用力 ，使 S MW 连续墙的内外侧受力达到平衡 ， 就 完全可 以改善 S MW 连续墙的受力状况 而为 了克服 S MW 连续壁产生应力变形 ． 引入适当的反作用力 ． 抵消 应力变形的影响 ， 就需要一种装置提供这样的力。由于 液压系统具有体积小 、 作用力 大 ， 动作控制方便灵活 ， 安 装调试便捷 、 便于维护 。 适应恶劣环境 、 价格低廉等 优点 ． 所以在 S MW 工法中利用液压系统就成为一种最 佳 的选择 现将液压系统施加反作用力 ． 使 S M W 连续墙 的内 外侧受力达到平衡 的简图表达如下 见图 3 图 3 SMW 连 续 墙 两侧 引入 反 作 用 力后 状况及土压范围示意图 由于利用液压 系统所施加的反作用力可 以克服土 压 的影响 ． 消除安全隐患 ． 所以可 以利用这个原理 。在 掘削侧的适 当位置增加支撑点 ．再利用液压系统施加 反作用力。 从而达到随着掘削深度的不断增加 。 在 S MW 连续墙的内外两侧的受力达到平衡 目的 4 其他因素对液压系统与基坑支护工法 结合应用影响与对策 由于地质条件 、 环境 的变化 ， S MW 连续墙的受力情 况也是不断变化的 。 例如 在富含水 分的地域施工与普 通 的土壤地域施工其受力状况 的区别是非 常大的 再 比如在普通的土壤环境中 ． 平时的土压是基本恒定 的， 但是如果进入雨季 ． 随着土壤含水量 的变化 ． 在正常的 情况下 ．液压系统通过液压缸所施加的反作用力将不 能抵消土压变化的影 响 ．可能导致 S MW 连续墙 的失 效 ， 就有可能发生坍塌事故。所 以。 在适当的时间要及 时正确调整液压系统 的工作压力 ． 保证 S MW 连续墙的 正常受力平衡 ．可 以有效避免造成不必要 的人员与财 产损失。 5 结论 实践证 明 S MW 工法与液压系统的有效结合 ， 能够 有效地减少坍塌事故的发生 ， 增加施工的可靠性 ， 降低 施工难度 ．在保证人民的人身和财产安全上起到了显 著的作用 ， 明显降低 了工程造价 ， 加快 了工程进度 ， 在 建筑生产中取得 了良好 的经济和社会效益 液压 系统 在工程实践 中占有不可替代的地位 ．特别是在建筑领 域的基坑防护中也发挥 了不容忽视的作用 随着社会 进步发展 ． 液压系统将不断扩大应用领域 ． 并保持强大 的生命力 ． 不断向前发展。 7 液 压 气 动 与 密 封 ／ 2 0 1 4年 第 O 2期 液压支架液压系统建模及仿真分析 王相 亭 安徽省矿业机 电装备有限责任公司， 安徽 淮北2 3 5 0 3 7 摘要 液压支架作为综采装备的关键设 备 ， 其液压系统的安全性 、 可靠性和生产效能对于煤矿开采有着重要的作用 。 该文提出一种用 A ME S i m液压系统仿 真建模软件对液压支架液压系统进行仿真建模 的方法 ．利用 A ME S i m液压 系统建模仿真软件对支架 的主要液压 回路进行建模 仿真 ， 分析其动态特性 ， 仿真结果有助于改善设计 、 可靠性 和可操作性 ， 从而显著降低了成本和设 计研 发时间。 关键词 液压支架 ； 液压 系统 ； A ME S i m 中图分类号 T H1 3 7 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 4 0 2 0 0 5 8 0 3 M o d e l i ng a nd S i mu l a t i o n o f Hy d r a u h c S y s t e m f o r Hy d r a u h c S u p po r t WANG Xi a n g - t i n g A n h u i Mi n i n g E l e c t r i c E q u i p me n t C o ． ，L t d ． ， H u a i b e i 2 3 5 0 3 7 ， C h i n a Ab s t r a c t Hy d r a u l i c s u p p o rt a s a n i mp o r t a n t p a r t i n t h e mi n i n g e q u i p me n t ， i t s s e c u r i t y ， r e l i a b i l i t y a n d p r o d u c t i o n e f f i c i e n c y o f t h e h y d r a u l i c s y s t e m o f h y d r a u l i c s u p p o rt p l a y s a n i mp o r t a n t r o l e d u r i n g c o a l mi mn g ． T h i s p a p e r p r e s e n t s a s i mu l a t i o n mo d e l i n g wa y w h i c h u s e d b y s o f t wa r e AME S i m o f h y d r a u l i c s y s t e m f o r a h y d r a u l i c s u p p o ． T h e ma i n h y d r a u l i c c i r c u i t s i mu l a t i o n mo d e l o f h y d r a u l i c s u p p o i s e s t a b l i s h e d i n AME S i m， a n d t h e d y n a mi c c h a r a c t e r i s t i c s a r e c h e c k e d ． S i mu l a t i o n r e s u h s h e l p t o i mp r o v e t h e d e s i g n ， r e l i a b i l i t y a n d o p e r a b i l i t y ， t h e r e b y r e d u c i n g c o s t a n d t i me a s s o c i a t e d w i t h t h e d e s i g n s i g n i fi c a n t l y ． K e y wo r d s h y d r a u l i c s u p p o ； h y d r a u l i c s y s t e m ； AMES i m O 引言 在许多液压技术应用场合 ．如果设计人员在设计 阶段就考虑到液压系统 的动、 静态特性 ． 就可 以缩短液 压系统或元件的设计时间．避免重复试验 和加工带来 的损失 ．并且可以提前了解系统在动静态特性方面存 在的问题并加以改进 。 而这些可通过对系统的动 、 静态 特性进行预测来实现 计算机仿真技术不仅可以在设 计中预测系统性能 ． 减少设计时间 ． 还可以通过仿真对 所设计 的系统进行整体分析和评估 ．从而达到优化系 统 、 缩短设计周期和提高系统稳定性的 目的。 为了对本文所设计 的液压 系统进行 总体评估 ． 利 收稿 日期 2 0 1 3 0 7 0 2 作者简介 王相亭 1 9 7 4 一 ， 男 ， 安徽淮北人 ， 工程师 ， 学士， 从事液压支架及 液压支架用阀的设计研究 。 用 A ME S i m液压系统建模和仿真软件对该支架液压系 统进行建模仿真 。验证该系统设计是否合理 ．是否需 要进一步优化。A ME S i m建模仿 真软件一般分为 四个 步骤 ①草图模式 ； ②子模型模式 ； ③参数模式 ； ④仿 真模式 1 A ME S i m系统建模和仿真 A ME S i m是 法 国 I Ma g i n e公 司于 1 9 9 5年推 出 的基 于键合图的液压一 机械系统建模、 仿真及动力学分析软 件。该软件具有以下特点 1 多学科的建模仿真平台 A ME S i m在统一 的平台上实现了多学科领域 的系 统工程的建模 和仿真 机械 、 液压 、 气动 、 热、 电和磁等 物理学领域 2 图形化物理建模方式 参考文 献 [ 1 ]1 史佩 栋． S MW 工 法的地下连续墙[ J 】 ． 施工技术 ， 1 9 9 5 ， 2 ． [ 2 ] 信春雷． 浅析 S MW 工法 的优 化及其经济 和社会 价值[ J ] ． 山西 建筑 ， 2 0 1 0 ， 3 ． [ 3 】 杨培元 ， 朱福元 ． 液压 系统设 计简 明手 册【 M】 ． 北京 机械 工业 出版社 ． 2 0 0 6 ． 5 8 1 煤 炭工业部 ， 煤炭科学 研究院上 海研究所 ． 液压 传动设 计手 册[ MI ． 上海 上海科学技术 出版社 ． 1 9 8 1 ． 『 5 1 黄强 ， 杨斌 ， 李荣强 ， 等． 建筑基坑支护技术规程应用手册『 M1 ． 北京 中国建筑 工业 出版社 ． 1 9 9 9 ． 『 6 1 雷天觉． 新编液压工程手册眦1 ． 北京 北京理工大学 出版社2 0 0 6 ． f 7 1 于全训 ， 林 明喜 ， 薛成山． 力学概论『 M ] ．北京 科 学出版社20 O O ．