智能伺服系统在深基坑施工中的应用_陈立新.pdf

8 4智能伺服系统在深基坑施工中的应用陈立新陈立新（北京建工土木工程有限公司，北京 100020）1 项目概况苏州轨道交通 S1-TS-07 标玉山广场站位于前进西路与亭林路交叉口，为 S1 线与 K1 线换乘车站。S1线车站基坑呈东西走向，为地下三层岛式车站，基坑周长约为 344.5 m，标准段结构宽度为 23.1 m。车站周边建（构）筑物主要有：车站北侧为中茵世贸广场、里厍一村，车站南侧为昆山县委旧址、市机关幼儿园、昆山宾馆，因此对基坑变形控制严格（图 1）。摘要：本文介绍了钢支撑智能伺服系统在苏州轨道交通 S 1-T S-0 7 标玉山广场站的应用，玉山广场站为换乘车站，距离周边建（构）筑物较近，施工过程中对变形控制要求高，通过钢支撑智能伺服系统的应用，解决了工程施工难题。关键词：深基坑施工；地铁车站；伺服系统中图分类号：U 2 3 1 文献标志码：B土，5-1 灰色粉质黏土，6-1 褐灰-褐黄色粉质黏土，7-1a 灰灰色粉土夹粉砂，7-1 灰色粉质黏土，7-2 灰色粉土夹粉砂，7-3 褐灰色-灰色粉质黏土，11 灰色粉砂夹粉土，12 灰色粉质黏土，13 灰色粉砂夹粉土。工程区地下水主要为潜水及承压水。潜水主要受大气降水、人工用水、地表径流补给。降雨对地下潜水水位影响较大：该地区地下水水位较高时段为每年的 6、7、8、9 月份（降雨的主要季节）；地下水水位较低时段为每年的 12、1、2、3 月份（旱季的主要季节）。勘察期间浅部水位为地表下 0.90 1.90 m。微承压水主要位于 3-3、4-2a 层粉性土、粉砂层中，埋深为2.81 3.42 m，对应标高为-0.25 0.36m。承压水主要位于 7-2 层砂性土中，埋深为 3.613.91 m，对应标高为-1.95 -1.65 m。3 工程难点及应对措施本基坑标准段开挖深度约 25.8 m，端头井开挖深度约 27.3 m，属深、大基坑。基坑分为 A 坑和 B 坑，中间由 1 000 mm 厚临时地连墙隔开。基坑采用地连墙+内支撑的支撑形式，竖向设置七道支撑及一道换撑，钢支撑为 609 和 800，钢支两种规格。标准段第一、五道支撑为钢筋混凝土支撑，第二道支撑为 609 钢支撑，其余为 800 钢支撑；基坑端头井段图 1 玉山广场站 S1 线总平面示意图2 工程水文地质地基土层可分为 14 个主要土层：1-1 杂填土，2-1灰黄 灰色粉质黏土，2y 灰色淤泥质粉质黏土，3-3灰黄-灰色粉土夹粉砂，4-2a 灰黄-灰色粉砂夹粉研究与探讨8 5第一道、第三道和第五道为钢筋混凝土支撑，第二道为 609 钢支撑，其余为 800 钢支撑。基坑标准段第四道、第六道钢支撑采用钢支撑智能伺服系统，端头井处第四道、第六道、第七道钢支撑采用钢支撑智能伺服系统，平面布置见图 2。4 钢支撑智能伺服系统简介4.1 传统钢支撑与智能伺服系统的比较传统钢支撑受到地连墙挤压作用存在失稳的可能，稳定性较差；长时间工作后，伴随着活络端轴力的损失，容易造成基坑变形，当支撑轴力不足时，必须打入钢楔进行补偿，补偿过程中无法控制地连墙的位移1。补偿具有滞后性。智能伺服系统可以很好解决深基坑施工过程中的安全问题，钢支撑的轴力变化全天监测，可视化监控系统、计算机处理系统、自动化控制系统等对其发挥重要作用。地下连续墙向内挤压，会使钢支撑缩短，此时钢支撑的支撑头会主动调整内置千斤顶的油缸，使其产生向外的行程，对钢支撑的压缩量进行补偿，控制地下连续墙的变形，位于支撑头上部的超声波测距传感器可以测量内置千斤顶油缸的行程，该数据可用于控制支撑轴力及分析基坑变形数据2。4.2 传统轴力伺服系统与智能伺服系统的比较（见表 1）4.3 钢支撑智能伺服系统特点本工程使用的钢支撑智能伺服系统具有安全、智能、高效、可靠的特点。1）通过可视化监控系统，计算机处理系统，自动化控制系统等高新技术手段对钢支撑的轴力变化进行全天候监测；2）通过高精度传感器测量相关参数；3）对支撑轴力进行适时自动补偿，有效地控制基坑维护结构的变形；4）使基坑开挖过程始终处于可控状态，为保护基坑自身及周边的建筑发挥非常重要的作用。4.4 智能伺服系统组成部分本工程钢支撑智能伺服系统主要由四个部分组成（图 3），分别是远程监控系统、PC 人机交流系统、数控泵站系统和钢支撑系统，远程监控系统包括服务器及 App 的应用，主要由总监控站、现场控制站、液压伺服泵站系统、总线系统、配电系统、通信系统、轴图 2 基坑钢支撑平面布置图图 3 支撑轴力智能监控系统序号传统轴力伺服系统智能伺服系统1市电直接接入，断电时所有功能就会失效，基坑变化不可控，风险大强电冗余及双电池组备份，断电后系统仍然可以正常工作72小时2部分现场没有控制终端。风险发生时无法及时控制现场总控制柜触摸屏输入控制、现监控机房工控制机无线操作控制、现场手持无线控制器直接控制及时准确进行全方位监测与控制操作，保障风险及时处理3无安全系数空间，低压管线接头，闭式控制，传感器故障后即发生风险两倍安全系数，逻辑自锁，开式系统4不可靠的机械锁定，超过使用标准的液压锁定管路液压锁，系统逻辑缓冲，机械棘轮随动自锁表1 传统轴力伺服系统与智能伺服系统的比较研究与探讨8 6研究与探讨力补偿装置组成。PC 人机交流系统为计算机系统。数控泵站上有按钮，工作人员可以在现场针对每个千斤顶行程做调整。控制中心通过 WIFI 读取泵站数据，发送控制指令。工作人员可以随时通过手机或者电脑终端登录查看实时数据、历史数据、设定时间段的压力和位移曲线。钢支撑系统包括补偿装置及钢支撑。5 钢支撑智能伺服系统的工程应用5.1 现场布置现场布置包括设备和线路的现场布置及供电系统的布置。根据基坑周边条件及开挖方案，将智能伺服系统的现场控制站及泵站沿基坑边缘一字排开。现场控制站及泵站的布置（图 4）位置运用线路最短原则，即现场控制站与泵站间的线路最短、泵站与千斤顶间的油管最短。5.2 安装工艺首先，测量人员根据图纸用喷漆画出钢支撑中心点。每根钢支撑配置一端固定端、一端活动端，中间段采用标准管节进行配置，各管节之间采用高强法兰螺栓连接。钢支撑采用两点吊装，吊点一般在离端部 0.2 0.25 L 左右，根据现场施工条件，采用75 t 履带吊进行吊装。现场采用 2 台 200 t 液压千斤顶进行预加轴力施工。钢支撑吊装到位后，先不松开吊钩，将活络头拉出顶住钢围檩，再将 2 台液压千斤顶放入顶压位置，钢支撑预加轴力应为钢支撑轴力的60%70%。各道支撑轴力标准值见表 2。6 小结钢支撑智能伺服系统在使用过程中能保证在伺服系统上每根钢支撑轴力达到设计要求，且能对轴力变化进行全天候不间断监测，自动增减轴力，有效降低深大基坑施工风险，避免因钢支撑轴力不足而导致地连墙的位移变形，确保工程施工安全，具有较高的推广应用价值。参考文献1 秦宏亮.钢支撑轴力伺服系统技术在基坑开挖中的应用J.建筑施工,2019,41(7):4.2 吉茂杰.钢支撑伺服系统在轨道交通工程中的应用 J.建筑施工,2018,040(004):584-587.安编辑 陈百兵区域支撑123456换撑7备注标准段180.3497.7866.5740.91314.81382.86451095轴力标准值（kN/m）S1线西端头井处276.2464.7848.9903.61049.71211.5815.1925.5轴力标准值（kN/m）S1线东端头井处316.1404.4821.1738.61811.41417679890.9轴力标准值（kN/m）联络线西端头井处603.4630.4847.4924.411221178.4593.11054轴力标准值（kN/m）表2 各道支撑轴力标准值图 4 控制站与泵站的布置图 5 智能伺服系统钢支撑安装完成