支撑轴力伺服系统在深基坑中的应用

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1、支撑轴力伺服系统在深基坑中的应用摘要：介绍了钢支撑轴力伺服系统在铜川路地铁车站基坑工程中应用成果。该 工程位于城市中心地带，周边建（构）物密集，基坑安全等级为一级，环境保护 等级为一级，通过应用钢支撑轴力伺服系统，解决了基坑施工时围护结构变形指 标苛刻的难题。关键词：深基坑施工、变形控制、环境监测、支撑轴力伺服系统。引言：钢支撑在内支撑系统中的由于自重轻、安装和拆卸方便、能有效控制 基坑变形等特点，在深基坑工程中已得到大量应用。钢支撑轴力随着温度变化、 和塑性变形等因素，会产生应力损失，轴力计量数据不准确，且受限于施工条件 难以及时进行轴力复加，导致深基坑围护结构变形控制不力，对周边环境造成不

2、 可逆转的影响，采用轴力伺服系统的钢支撑，可有效解决该问题，严格控制基坑 变形，便于施工。一、支撑轴力伺服系统1.1 、支撑轴力伺服系统简介 支撑轴力伺服系统由程控主机、数控泵站、支撑头总成构成。每个施工现场 配备一台程控主机，程控主机设置在监控室内，可通过WiFi远程控制数控泵站， 控制的数量无限制。每个数控泵站可同时控制8 个支撑头总成。每个支撑头总成 对应一根钢支撑进行工作。1.2 、支撑体系 支撑头总成与钢支撑采用法兰连接，并安装在基坑围护结构的设计指定位置。 它与数控泵站是通过油管、线缆连接进行工作的。支撑头总成内部包含千斤顶 （可根据实际工程需要配备相应吨位规格），用以对钢支撑施加

3、轴力。伺服端采用与千斤顶分离的双机械锁式伺服端头，有以下优点：（1）支撑头与千斤顶可分离，可独立工作，在千斤顶损坏需更换时，不会引 起钢支撑的失压，降低了系统失效的可能性。（2）双机械锁受力点分散，并加设前端板，使受面积增大，降低基坑围护结 构冲切破坏的可能性。（3）双机械锁提供双重保障，安全性能高。1.3 测控系统 支撑轴力伺服系统的测控体系指的是软件程序与测控方法，由主机来实现。（1）测控方法 支撑头总成内置压力传感器及超声波位移传感器，用以监测钢支撑的轴力及油缸行程位移；同时激光收敛计测量基坑侧壁的双侧收敛位移值，用以校核水平 位移，通过在千斤顶端头加装超声波位移传感器来测量油缸行程的位

4、移变化量； 并通过在地连墙两侧加装激光位移传感器，采用“双侧地连墙收敛法” 来测量两端 地连墙之间的位移变化，通过以上两种方式来测量位移，进行数据相互校验，消 除钢支撑变形误差。（2）测控指标 位移是最重要的测控指标，准确的获取围护结构水平位移至关重要。 系统采用变频控制原理，数控泵站的核心 PLC 控制器接收到主机的信号后，通过变频器直接控制液压油泵的油压，给出主机指示的轴力值；PLC控制器控制 液压阀门动作可实现油缸的加载、持荷与卸载。数控泵站内置位移与压力传感器， 精确读取地连墙的变形与轴力并传递给PLC控制器，由PLC控制器反馈主机的加 载和持荷，等待指示。并引入PID算法形成了一套精

5、准的闭环控制路径，可以达 到理想的变形控制效果。二、工程实例2.1 工程概况上海地铁14号线铜川路站位于普陀区中心城区，是14、15号线“T”型换乘站。 15 号线铜川路站位于大渡河路铜川路路口，基坑紧邻阳光商务大厦、普陀区图书 馆、上海市体育宫。蓝心水岸会馆距离基坑约为12m，为条形砖基础砖混结构， 施工时需进行保护。2000雨水管、1000煤气管、1300污水管等市政管网主 管均在基坑开挖一倍范围内，基坑围护变形须控制在1.4%H (H为基坑开挖深度) 以内。15号线铜川路站为地下三层岛式车站，车站外包总长度193.479m，标准 段外包宽度25.74m，车站采用1200mm厚地下连续墙，

6、墙深48m/55m/58m，标 准段开挖深度25.16m，东西端头井开挖深度约27m。基坑由北往南共分3个基坑, 分别为1C区、2B区、1B区。2.2 支撑设置基坑第一、五道为混凝土支撑，第二七道为钢支撑，端头井设第八道钢支 撑，所有钢支撑均设轴力伺服系统。第二、三、四道为609钢支撑，设计轴力 分别为1800KN、2000KN、2200KN，第六、七(八)道为800钢支撑，设计轴 力分别为 2300KN、 2400KN(2300KN)；2.3 监测数据分析1、15号线车站1C基坑开挖深度27米，采用全伺服，车站周边环境复杂， 车站西侧的蓝心水岸沐浴会馆距离车站约12.27m，在开挖期间采用伺

7、服系统对该 建筑物进行保护。支撑轴力伺服系统的基坑施工分为3个阶段，(1) 第 5 道混凝土支撑的上一层支撑安装完成时。(2) 第 5 道混凝土支撑施工完成并开挖到下一层支撑(钢支撑)安装时。(3) 第 5 道混凝土支撑的下一层支撑安装后直至基坑底板浇筑完成。3、伺服段围护结构水平位移比较，见表一；由表一可知：阶段1，支撑位置位移稳定并轻微向坑外移动。整个伺服段基坑围护结构 变形均值为11. 23 mm。阶段2,随着基坑向下开挖，支撑以下土体位移较大，特别是混凝土 支撑施工期间，由于开挖施工时间较长，变形增长迅速。此阶段伺服段基坑围护结构变形均 值为18.24 mm。阶段3,混凝土支撑以下继续

8、使用伺服钢支撑，虽然开挖深度较大，但此阶 段变形较小。此阶段伺服段基坑围护结构变形均值仅为14.61 mm。上海地铁14号线铜川路站地铁车站1C区基坑施工中，开挖深度为27米的深基坑，处于 普陀区中心城区建筑群内，距基坑最近的建筑为12.27 米，采用支撑轴力伺服系统，在基坑 施工结束后基坑水平位移变形最大为49.06mm,为1.8%。，周边建(构)造物均未达到报 警值，不仅有效的控制了基坑的形变，提高了基坑的稳定性，更大大减小了对周边环境的影 响，避免了矛盾纠纷。同时也为基坑监测人员提供了便利，缩减了投入人员，提高了工作效 率和工作准确性。结论 本文通过上海地铁14号线铜川路站车站利用支撑轴

9、力伺服系统对车站基坑的支护，在基 坑工程在施工中有以下优势：1、有效控制基坑变形，基坑围护变形在 1.8% 。2、精准的控制每一根支撑轴力，保证了每一根支撑的安全稳定性，使整个支护体系无缺 力的安全盲区。3、在基坑开挖最后阶段有效的控制了基坑变形，提高了深基坑开挖的安全性。 参考文献：1 李孚昊，徐佳伟，支撑轴力伺服系统在地铁深基坑工程中的应用，路基工程，2018 年 第3 期，157-161；2 张德标，费巍等，应力伺服系统在紧邻地铁深基坑钢支撑轴力监测中的应用，施工技 术，2011 年5 月下，第40 卷第341 期，67-70；3 黄亮亮，钢支撑自动伺服系统对周边环境的影响实测与分析，建筑施工，第37 卷，第8 期，1014-1016；