钢支撑轴力伺服系统技术在基坑开挖中的应用

钢支撑轴力应力伺服系统，以减少钢支撑轴力损失。对基坑邻近建筑物的变形最大位置点进行监测，并通过伺服系统

将基坑变形控制在30 mm之内、沉降控制在5 mm以内，从而确保了周边居民建筑的安全。关键词：深基坑；钢支撑；应力伺服系统；变形控制中图分类号：TU753 文献标志码：A 文章编号：1004-1001 (2019)07-1195-04 DOI： 10.14144/j.cnki.jzsg.2019.07.004Application of Steel Support Axis Force Servo System

Technology to Foundation Pit ExcavationQIN HongliangShanghai Tunnel Engineering Co., Ltd., Shanghai 200232, ChinaAbstract: The environ ment of deep foundation pit program of Minsheng Road Station project in bid section 12 of

Shanghai Railway Line 18 is complex. To ensure the safety of surrounding buildings, according to the specific conditions

of excavation, the steel support axle stress servo system is used to reduce the loss of steel support axle force. The

maximum deformation point of the adjacent building of the foundation pit is mon itored, the deformation of the foundation pit is controlled within 30 mm and the settlement is controlled within 5 mm by servo system, so as to ensure the safety of

the surrounding residential buildings.Keywords: deep foundation pit; s怕el support; stress servo system; deformation control1轴力伺服自补偿支撑系统介绍轴力伺服自补偿支撑系统是结合了现代机电液一体

化自动控制技术、计算机信息处理技术以及可视化监控系 统等高新技术手段，对支撑轴力进行全天候不间断监测， 并根据高精度传感器所测参数值对支撑轴力进行适时的自

数控泵站■控制室动补偿来达到控制基坑变形目的的支撑系统。运用自适应

支撑系统，实现了对钢支撑轴力的实时监测和控制，满足 了常规施工方法无法控制的苛刻变形要求，解决了技术难

图1 TH-AFS ( A )无线传输分布式泵站支撑轴力伺服系统题，使工程始终处于可控和可知的状态21。TH-AFS (A)支撑轴力伺服系统(图1)主要分为3大

2 TH-AFS ( A )轴力伺服系统的优点传统的千斤顶机械锁均位于千斤顶上，当千斤顶损坏

部分：主机、数控泵站、支撑头(总成)。主机位于监控

室内，数控泵站一般放置在基坑边不影响施工的位置，支

时，需要对整根钢支撑卸压进行更换，这一方式危险性比

较大。TH-AFS (A)型釆用分离式双机械锁，支撑头采用

撑头与钢支撑连接并安装于基坑内设计指定的位置。主机 与数控泵站通过无线通信方式进行数据传输，数控泵站与

各个支撑头通过有线方式连接，支撑内置的千斤顶与数控

与千斤顶分离的双机械锁自锁装置。螺纹机械锁位于千斤

顶的两侧(图2)。泵站内置的油缸用油管连接，位移测控装置由数据线与数 控泵站连接。作者简介：秦宏亮(1971 — ),男，本科，工租那。

通信地址：上海审冈行区金却路\"676号1号揍5揍工程管 理却(201108) o电子邛省：2238479346@qq.com收犒 B 期：2019-04-02图2 TH-AFS (A )千斤顶双机械锁装置建筑施工•第41卷•第7期11957I秦宏亮：钢支撑轴力伺服系统技术在基坑开挖中的应用其优点为：1） 支撑头和千斤顶独立工作，支撑头与千斤顶分离，

在场区地势平坦，经实测，地基土层构成按其沉积年代、

成因类型及其物理力学性质的差异，可划分为12个主要土

故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，由于加设前端板，使受力面

层：①1-1填土，②褐黄-灰黄色黏土，③1灰色淤泥质粉质

黏土，③j灰色淤泥质粉质黏土夹薄层粉性土，④1灰色淤 泥质黏土，⑤1-2灰色粉质黏土，⑤1-1灰色黏土，⑥暗绿 色硬土层，⑦1-1草黄色砂质粉土，⑦1-t灰黄色-灰色粉质

黏土，⑦1-2草黄色粉砂，⑦2灰色粉砂。积增大，降低冲切破坏的可能性。3） 双机械锁提供双重保障，安全性能更高。工程区浅部地下水属孔隙性潜水类型，一般受降雨、

3 项目概况上海轨交18号线12标民生路站位于民生路与张杨路路

地表径流和沿线河流补给。潜水位和承压水位随季节、 气候、湖汐等因素而有所变化。场地沿线地表河流水位

口南侧，沿民生路南北向设置。本站为地下2层岛式车站， 车站外包总长度293 m,标准段外包宽度20.6 m （图3）。变化对场地地下潜水影响较大。浅部土层中的潜水位埋

深一般为地表下0.90-1.68 m,年平均地下水位为地表下 0.5〜0.7 m,高水位埋深为0.5 m,低水位埋深为1.5 m。拟

建场地承压水赋含于第⑦层中，根据观测成果，勘察期

间场地内第⑦层承压水水头埋深5.04〜5.25 m,相应标高 —1.36〜一0.89 m。5

图3轨交18号线民生路站总平面示意工程难点和针对措施本工程开挖深度最深达23.3 m,属大深基坑，均采用

混凝土支撑+钢支撑的混合支撑体系，标准段釆用6道支

撑，端头井釆用7道支撑，其中第1、第4道为钢筋混凝土支

本站设计顶板、中板、站台板、底板均由南向北以 0.2%坡度向下倾斜，标准段基坑开挖深度约21.5 m,北端

撑，其余为钢支撑。基于传统钢支撑在受到地下连续墙挤

压时无法保证轴力的稳定，需要人工进行逐个测量，在轴 力不足时需要打入钢楔块进行补偿，耗时又费力；而且补 偿具有滞后性，补偿时地下连续墙的位移无法得到控制。

头井开挖深度约23.3 m。本站设6个出入口，4*、5*出入口 位于车站东北角，6*出入口与F风井整合，位于车站东侧， 7*出入口与才风井整合，位于车站东南侧，8\"出入口位于车

为了控制基坑开挖的变形，此次对基坑施工的钢支撑系统

站西南侧，7*出入口与3*风井、换乘通道位于车站西北角。车站周边建（构）筑物主要有：车站北侧为既有轨 交6号线车站（已运营）、共同沟，东侧为海苑大厦（25

釆用自适应液压伺服系统，每根钢支撑设置一个带回锁功

能、压力量程达3 000 kN的油压缸并根据设计要求分步加

载到设计值，以始终保持轴力在设计值，严格控制围护结

层）、羽北小区（6层）、进才中学，西侧为陆家嘴美丽苑

构变形3〕。（25层）及其裙房（2〜3层），因此对基坑施工变形控制

要求严格。在施工前应对2倍基坑深度范围内的建（构）筑

物进行第三方鉴定工作，提前监测。周边主要建筑物情况

6 伺服系统的实施情况6.1伺服系统布置及安装依据设计图纸，北端头井基坑竖向设置7道支撑。第

1道支撑为混凝土支撑。横截面为800 mmXI 000 mm；第

详见表1。表1车站周边主要建筑情况汇总

名称海苑大厦羽北小区2〜第3道支撑釆用壁厚16 mm的2609 mm钢管支撑；第4

距离/m方位道支撑为混凝土支撑，横截面积为900 mmX 900 mm；第

5〜第7道支撑采用2 800 mm钢管支撑。第2、3、5、6道支

东北侧东侧13.6716.3811.5713.50撑釆用伺服系统，其中斜撑未釆用伺服系统进才中学东南侧西侧车站区基坑标准段基坑竖向设置6道支撑。第1道支撑 为混凝土支撑。横截面为800 mmXI 000 mm；第2〜第3道 支撑采用壁厚16 mm的¢609 mm钢管支撑；第4道支撑为混 凝土支撑，横截面积为900 mmX 900 mm；第5〜第6道支撑

陆家嘴美丽苑轨交6号线民生路站北侧19.004 工程水文地质民生路站拟建场地属于滨海平原区地貌类型。车站所

釆用¢800 mm钢管支撑。第2、3、5、6道支撑采用伺服系

统，其中斜撑未釆用伺服系统。第4道混凝土支撑浇筑时间11962019 - 7 • Building Construction秦宏亮：钢支撑轴力伺服系统技术在基坑开挖中的应用较长，故设置临时0 800 mm钢管支撑22道，采用伺服系统

CX59C>60（图4〜图6）。CX61 CX62CX64!C們(66CX|]||||||||叩|[||屮|||||]|屮|卩|卩|卩|也T ° T ° I ° T Q I ° T ° I D I a I ° T1 T1 CX75CXJ7473CX72图7北区基坑侧斜孔布置第3道伺服

钢更翌送图4北区基坑伺服钢支撑支撑头总成及泵站放置示意舸支禅安装第2道支撑对应测斜轴這支撑对应测斜f5H叠4101第2道伺服

第4道支抹对应测斜第5道支據对应测斜对应测斜-------------- 应测斜

25-第6道 榆130rCG-01 03-21 04-10 04-30 05-20 06-09 06-29 07-19曰期(a ) CX50 ( 33.0 mm )-10第3道輙 钢支挥蛊葢第5道临时伺服專静安装

—_

二二＞ 第2道支撑对应测斜

f第3道支撑对应测斜第4道支撑对应测斜_______________

—,

i c 第2道伺服mar?220钢支撑安装25----------------35

03-01 03-21

i、f .第4道临时伺服钢支撑安装第6道临时伺服、二第6道支撑对应测斜钢妥#安襄止工忑.底板位置对应测斜___ 底扳浇筑04-30 05-20 06-09 06-29 07-1930

图6伺服系统安装.

04-10

日期(b ) CX61 ( 29.44 mm )由设计图纸知，该基坑共使用¢609 mm伺服支撑98

第2道普通

010郵MTit普通-根，¢800 mm伺服支撑104根。每8根伺服钢支撑共用1台

数控泵站，该基坑共需26台泵站。伺服设备所用二级电箱

王二％

钢支撑安装文第4道普通

钢支撑安装第幽支撑对应测斜逾测斜

E30E

運咅撑对应测斜靠基坑北侧摆放，1台泵站共用1个二级电箱。所有泵站沿基坑北侧布置摆放，泵站、油管、支撑头

感罕

405060第6道普通钢支挣安装

底板浇筑虑板位置对应测斜

撑对应测斜 样对应测斜

第6道支撑对应测斜采用垂直连接的方式，如有需要釆用先垂直后水平（油管

从围挡下边缝隙北里统一垂直放下后，从支撑头上然后水 平至需要连接的支撑头总成处）的连接方式。伺服支撑预

7003-01 03-21

04-10 04-30 05-20 06-09 06-29 07-19日期(c ) CX67 ( 59.72mm )图8基坑位移曲线加轴力值按照支撑轴力设计值的70%施加。6.2伺服系统过程中的应用平台将钢支撑的轴力与位移数据统一管理，系统化分 析施工工程安全性，提供全方位、全天候管理，确保工程 风险快速展现，并进行及时的应急处理，防患于未然。的围护结构水平位移呈明显收敛趋势。7.2围护结构最大位移从围护结构位移和开挖深度的比值图（图9）中可看 出，除CX67以外，均未超过0.19%o CX67位于端头井处，

7 伺服系统实施效果7.1位移历时曲线支撑都是斜撑，支护刚度不如直撑，且未采用伺服系统。 7.3轴力与位移关系分析在开挖之前借助现有测斜孔（图7）测得原始数据， 支撑施工完毕，土方开挖开始之后应每日及时测得测斜数

从3月14日第2层开挖到6月15日实施第6层土方开挖，

伺服支撑控制范围内的水平位移被控制在3 mm之内。7.4结论据，并且其依据以同禾日报表的形式上传至网盘。支撑轴

力的监测数据可依靠同禾伺服系统的物联网平台获取。基

通过以上分析，可以得出如下结论：1）伺服支撑系统可以有效控制地下连续墙的最大变

于同禾测斜数据，结合每道支撑的安装时段，支撑所在位

置围护结构的水平位移，绘制位移曲线（图8）。从图8中可看出，每道伺服支撑安装后，支撑所在高度形，完全能够保证地下连续墙最大累计变形值在32.0 nun

（0.14%）以下。建筑施工•第41卷•第7期1197秦宏亮：钢支撑轴力伺服系统技术在基坑开挖中的应用0.30% |-------------

统等结合起来，实现了对钢支撑轴力的监测和控制全天候

不间断数据传输，解决常规施工方法无法控制的苛刻的变

IO /o

. ■.t II [1..1形要求和技术难题，使工程始终处于可控和可知的状态， 对保护邻近建(构)筑物具有重要意义。估（J. #-11 hl 11 111111111===参考文献

'=图9围护结构位移/深度比［1］ 贾坚，谢小林,罗发扬，等.控制深基坑变形的支撐轴力伺服系统［J］.

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技术［JJ.工业建筑,2007(1):69-72.轴力，实现有效控制位移的目标。4) 可以有效防止和杜绝深基坑施工由于支撑等各种因

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轴力监测中的应用［JJ.施工技术,2011,40(10):67-70.8 结语上海轨交18号线12标段民生路站施工过程中面临变

形控制要求高的现实难题，通过创新研制的自适应支撑系

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筑施工,2015(8):1014-1016.统，将传统支撑技术与液压动力控制系统、可视化监控系

OOOOOOOOOOOOOOOO<>OOOOOO0OOOOO^O<>O<>OOOOOOOOOOOOOOOOOOO<>(上接第1191页)2) 为保证夯锤落距，事先在连接其与卷扬机的钢丝绳

从桩身材料可以看出，夯实水泥土桩是以胶结材料

如水泥与素土均匀混合后利用机械法夯填成桩的过程。因

上以1 m为间距并设置明显标记。在提升夯锤时，每次从孔 此，混合料的各项性能指标以及夯填时的施工工艺、所用 材料和施工方法等是否科学合理、符合设计与规范要求成

内连续提出2个标记(Mlm),从而确保夯锤的落距及足 够的击实功。3) 为使每次夯填厚度^50 mm,每次填入孔内的松散

为影响桩身质量的关键因素。混合料不得超过两铁锹。4) 夯实水泥土桩复合地基中桩体应尽量深入到相对较

5 结语软土地基夯实水泥土桩施工技术的适用范围较广泛，

施工速度快，无泥浆，无噪声污染，与其他软基处理方法

硬的土层中。成桩至顶部后，在桩顶以上覆盖素土并定期

洒水保持湿润，确保桩顶水泥充分水化及达到强度等级。 4.5施工关键控制措施相比，除了在技术上能满足工程质量的要求外，还可以大 大降低工程费用，能够实现真正意义上的环保、科学、文 明、绿色施工，具有良好的经济效益，可供相关工程参考

借鉴。施工关键控制措施如表1所示。表1施工关键控制措施关键控制点控制措施现场使用酒精燃烧法或结合经验进行测定；

使用合格材料及正确的施工工艺=L 参考文献［1］ 惠振昊，李艳，高仁川.夯实水泥土桩在处理软弱地基中的应用［J］.

山西建筑,2013,39(7):81-83.混合料含水率桩身夯实的均匀性严格按照成桩施工工艺和施工规范进行施工和过程 控制；成桩2 h后，用轻型动力触探法检查每米桩身 的均匀性；使用合格材料；严格按照设计来施工［2］ 张文红.夯实水泥土桩地基在工程中的应用［J］.山西建筑,2007(6):

108-109.使用合格材料；严格按照设计要求、施工工艺和规

混合料搅拌的均匀性

范来施工；夯锤端部形状符合要求；采用人工拌和

以及桩身的密实性与机械联合进行拌和［3］ 王旭强，陈永军.简析夯实水•泥土桩在处理软弱他基中的应用［J］.西

部探矿工程,2013,25(7):4-6.11982019 • 7 ・ Building Construction