深基坑钢支撑轴力伺服系统施工技术

深基坑钢支撑轴力伺服系统施工技术

于晨 李海峰 刘凯旋

中建二局第三建筑工程有限公司 北京 100070

摘要:钢支撑轴力伺服系统是一套融合数控液压技术和物联网技术，用于基坑工程中实时监测和动态调整钢支撑轴力的解决方案。支撑轴力伺服系统在深基坑工程中的应用越来越多，减小钢支撑轴力损失，减小基坑侧向位移变形，进行降低了紧邻基坑建筑物的沉降变形，确保了基坑自身安全和周边建筑物的安全。

关键词：深基坑施工；钢支撑自动伺服系统；基坑变形

引言

在深基坑开挖的工作中，由于深基坑的卸荷，导致周围土体和基坑本身的位移场和应力场出现较大的变化，并且进一步的导致坑周的地表沉降、围护结构的侧向变形和基坑内的土体隆起。在临建建筑物的情况下对深基坑进行开挖，不仅必须要采取有效措施确保基坑本身的安全性和强度，更为关键的是要对由于基坑开挖而导致的基坑周边建筑物变形和差异沉降进行有效控制。近年来在深基坑开挖施工中广泛的运用到了钢支撑轴力伺服系统施工技术，其能够对基坑围护结构的变形进行有效控制，最终确保紧邻深基坑保护对象的安全性。

1轴力伺服系统概述

近年来，自动控制伺服系统在理论和工程上取得了快速发展和广泛运用，本文根据自动控制的伺服系统原理，将其应用于深基坑钢支撑的轴力控制中，将深基坑钢支撑的轴力由被动受压和松弛的变形转变为主动加压调控变形，根据紧临深基坑保护对象的变形控制要求，主动进行基坑围护结构的变形调控，以满足紧临深基坑保护对象的安全使用。钢支撑轴力伺服系统包括液压泵站和液压千斤顶组成的液压系统模块和由自动控制硬件设备及计算机软件组成的自动控制系统模块组成。液压系统由机械单向自锁液压千斤顶、液压泵、比例减压及放大配电柜、液压油管和线缆及压力传感器组成。自动控制系统由工控计算机、信号通讯转唤器、PLC模块、控制柜及UPS电池柜等硬件设备和计算机控制软件组成。

2钢支撑轴力伺服系统工作原理

钢支撑轴力伺服系统是由硬件设备和软件程序共同组成的一套智能基坑水平位移控制系统，它适用于基坑开挖过程中对基坑侧壁的变形有严格控制要求的工程项目，可以24h实时监控，低压自动伺服，高压自动报警，对基坑提供全方位多重安全保障。工作原理是通过对支撑轴力、围护结构变形及温度的实时监测，从而及时对钢支撑轴力进行补偿、调整，是一种新型自动化控制系统。该系统具有以下优势。

1. 围护结构收敛变形控制效果显著，安全性高。通过预设轴力值和预警值，当轴力不足自动补偿，轴力过大及时预警，根据围护结构位移情况随时调整钢支撑轴力，达到严格控制围护结构变形，保证基坑施工安全的目的。

2. 在基坑开挖阶段可适当减少监控量测人力的投入。轴力伺服系统安装完成投入使用后，可以对钢支撑的轴力、支撑端处围护结构位移进行实时量测，可以避免人工量测不能及时反映轴力数据的弊端。

3. 围护结构水平位移测量精度高。千斤顶端头加装超声波位移传感器，用以监测钢支撑内部千斤顶的位移，并在支撑端头下方的两侧围护结构处安装激光位移收敛计，获取基坑的位移收敛值，从而反馈地下连续墙墙体测斜，提高测量精度。

4. 施加轴力后具有充足的安全保障。采用液控单向阀、电磁截止阀、分离双机械锁作为保压措施，预防千斤顶等部件故障后导致钢支撑失压失稳。

5. 减小了深基坑支护墙体垂直测斜。在软弱地层深基坑开挖区域效果显著，对比普通钢支撑内支撑系统，地下连续墙墙体测斜可以相对减小20mm左右。

6. 监测结果获取方便。实时量测结果可直接在远程控制室查看，无需人工专门读数，节省了后续量测所需的人力。钢支撑轴力伺服系统代替传统钢支撑，可随时解决钢支撑轴力损失的补偿问题，并实现钢支撑轴力、围护结构变形的实时监控。

3深基坑钢支撑轴力伺服系统施工技术的具体应用

3.1钢支撑轴力伺服系统施工技术的应用

3. 1.1钢支撑轴力伺服系统施工操作要点

1. 施工准备：在正式施工之前，应将机械、材料和人员的进场工作做好，要确保施工人员经过安全培训和技术培训，并且合格。应严格依据相关规范认真检验进场的材料，验收进场的机械，随后开挖土方，直到首道支撑位置，将起重吊装所需门式起重机安装好，并将伺服系统调试及试运行工作提前做好。

2. 安装三角托架和安装、填充钢围檩：将三角托架提前加工成型，并确保其合格性，采用L80×8角钢加工三角托架，在经过测量标高准确的定位之后，在围护结构上利用YG2型膨胀螺栓对三角托架进行固定，确保托架具有1m的距离。将钢围檩设置在围护结构和钢支撑的连接处，采用Q235b钢制作钢围檩，应确保全部的焊缝满焊，焊缝具有平均10mm的厚度。在完成三角托架的安装工作之后进行钢围檩的安装，通过门式起重机对钢围檩进行安装，要确保钢围檩紧密贴合围护桩，采用快硬细石混凝土填充围檩背后间隙。在完成钢围檩安装工作之后，需要对防坠落固定设施进行及时安装。

3. 补偿节及钢支撑拼装：补偿节具有150mm的行程，在完成钢支撑两侧钢围檩的安装工作之后，选择皮尺对围檩间距进行准确的测量。然后在拼装场地内依据此长度将拟架设的支撑及补偿节拼装好，保证符合要求的整节支撑长度。通过20t汽车吊进行拼装工作。

4. 架设钢支撑和相应的防坠落措施：在完成钢支撑的拼装工作之后，选择门式起重机将钢支撑运送到准备架设的位置，在完成架设之后需要对防坠落设施进行及时安装，从而避免出现支撑坠落的情况。

5. 安装及调试伺服系统：伺服系统主要包括终端控制、控制中心、自动补偿节、泵站、电控柜等各个部分。在伺服系统设备进场之后，工作人员应依据现场条件对施工场地进行合理规划，并且依据油管长度、电缆线长度、补偿节个数和分布、基坑大小等采用吊装的方式将发电机、泵站、控制柜等放置在合适的位置，应按照相应顺序对泵站、控制柜等进行编号。可依据控制多层的差异对同一控制柜和泵站的压力补偿节进行设定。因此在布置场地的时候需要对长度限制进行尽可能的考虑。在完成伺服系统的安装工作之后，需要进行整机试运行调试工作，将控制油缸伸缩、压力传感器显示压力、常开阀控制、比例阀调节系统压力大小功能、电机运转方向的正确与否确定下来。

6. 施加预加力并设定参数：在将上述工作完成之后，就需要对泵站与补偿节之间的油管线路和信号线路进行分别连接。连通线路之后，就需要依据相关要求施加预加力。在主机控制界面而对轴力上、下控制参数进行设定，一旦出现超过3%的支撑应力损失，系统就开始进行自动补偿。如果出现超过钢支撑轴力设置值或者预警值的情况，系统就会报警。一旦出现报警情况，需要及时在报警位置架设钢支撑，并对报警原因进行分析，采取有效的措施予以应对。

7. 以监控量测数据为依据对参数设定进行调整：以监控量测专项方案为依据监测基坑安全情况，同时向施工进行及时反馈，如果发现监测数据产生较大的变化速率，这时候就应对对应位置处的支撑轴力进行及时调整，直到达到安全状态。

8. 系统拆除：在完成施工之后就需要对支撑系统进行拆除：①应停止相应支撑油路的工作；②将线路拆除；③将支撑拆除；④拆除泵站和控制中心。选择人机界面中的越权模式、自动控制、手动控制中的一种模式，将补偿节的活塞杆收回，在泵站中收回液压油，将与之相对应的油管产感器数据线等拆除。

3.1.2钢支撑轴力伺服系统的应用效果

1. 建筑物整体沉降量分析：建筑物具有12.6mm的最大沉降量；在最大沉降点具有16m的开挖深度，符合＜1‰H（16mm）的特级基坑建筑物沉降要求。

2. 差异沉降分析：最大差异沉降的点分别位于该栋建筑的东北角和东南角，具有3mm的差异沉降最大值。现状建筑物具有1.75‰的差异沉降，符合＜2‰的规范差异沉降要求。

4结语

地铁深基坑施工中钢支撑轴力伺服系统能够有效弥补钢支撑轴力容易损失的缺点，将深基坑钢支撑的轴力由被动受压和松弛的变形转变为主动加压调控变形，能够有效的控制基坑变形，进而控制周边建筑物沉降，以满足紧临深基坑保护对象的安全使用。

参考文献：

1. 余志成，施文华.深基坑支护设计与施工[M].北京：中国建筑工业出版社，1997.

2. 胡兴锴.轴力自动补偿支撑系统的应用与安装[J].建筑施工，2012（9）：878~879.