鋼支撐軸力伺服系統在深基坑施工中的應用

江巖明

（蘇州市軌道交通集團有限公司）

1 工程概況

蘇州軌道交通3號線寶帶東路站，位于寶帶東路和東吳北路交叉路口，為地下三層島式換乘車站，本站外包長度為487m，標準段寬度23.1m，標準段開挖深度為25.5m。原設計采用地下連續墻+內支撐圍護結構體系，支撐為兩道混凝土支撐和五道A609鋼支撐，采用半幅蓋挖法順作施工。

2 軸力伺服系統概述

近年來，自動控制伺服系統在理論和工程上取得了快速發展和廣泛運用，本文根據自動控制的伺服系統原理，將其應用于深基坑鋼支撐的軸力控制中，將深基坑鋼支撐的軸力由被動受壓和松弛的變形轉變為主動加壓調控變形，根據緊臨深基坑保護對象的變形控制要求，主動進行基坑圍護結構的變形調控，以滿足緊臨深基坑保護對象的安全使用。

鋼支撐軸力伺服系統包括液壓泵站和液壓千斤頂組成的液壓系統模塊和由自動控制硬件設備及計算機軟件組成的自動控制系統模塊組成。

液壓系統由機械單向自鎖液壓千斤頂、液壓泵、比例減壓及放大配電柜、液壓油管和線纜及壓力傳感器組成。自動控制系統由工控計算機、信號通訊轉喚器、PLC模塊、控制柜及UPS電池柜等硬件設備和計算機控制軟件組成。

3 工程重難點

寶帶東路站基坑開挖較深，地質復雜，含有大量④2、⑦2粉砂，部分中間夾雜⑤1粉質粘土，地下連續墻最深達59.5m，成槽困難，加上多次管線遷改、交通導改，存在多處冷接縫，后期開挖風險比較高。

寶帶東路站支撐形式為兩道混凝土支撐+5道φ609鋼支撐，鋼支撐端部采用可復加軸力活絡接頭，以滿足基坑開挖施工的要求。鋼支撐在受力過程中會出現由應力松弛引起的軸力損失，需要重新安裝千斤頂并加載進行軸力復加。軸力損失過程中，地下連續墻發生變形，地表沉降、建筑物沉降數據增大，而匯盛花苑房屋距離基坑較近，最近處約9m，為多年淺基礎建筑，對沉降要求嚴格。

4 基坑變形監測數據分析與比較

4.1 無伺服系統鋼支撐基坑變形

基坑開挖時嚴格按照設計以及方案進行施工，施工時圍繞“逐層開挖，隨挖隨撐”的核心措施，通過減小縱向開挖長度、豎向開挖步矩以及加強支撐軸力的方式來控制基坑變形。

以東區47～48軸開挖時為例：第一次開挖長度為6m，開挖深度為3.4m；第二次開挖3m，開挖深度為3.4m，逐層開挖，自開始土方開挖至第二道混凝土支撐施工前，測斜數據持續增大，在第二道混凝土支撐施工完成后變形趨于穩定，測斜累計最大在40mm左右，待后續土方開挖后測斜繼續增大，待底板墊層澆筑后趨于穩定，測斜累計最大在110mm左右。

4.2 有伺服系統鋼支撐基坑變形

寶帶東路站16～27軸第六道、第七道鋼支撐采用帶伺服系統的鋼支撐，開挖前的數據認證采集后，每天對開挖過程進行記錄，包括開挖部位、開挖深度、開挖時長、支撐架設時間、開挖前到支撐架設后地下連續墻變形量等進行詳細記錄，認真分析，與之前使用無伺服系統鋼支撐變形量進行對比，制定當日開挖計劃。

4.3 有伺服系統和無伺服系統的基坑變形對比分析

圖1 北側基坑有、無伺服開挖每層土基坑變形對比

圖2 南側基坑有、無伺服開挖每層土基坑變形對比

橙色為無伺服系統鋼支撐基坑變形數據，藍色為有伺服系統鋼支撐基坑變形數據，通過對比發現在土方開挖過程中有伺服系統鋼支撐基坑變形比無伺服系統鋼支撐基坑變形要小的多，可以顯著減小基坑變形。

5 基坑變形對周邊地表的影響

圖3 有伺服系統開挖對周邊影響

由圖3可以看出，有伺服系統鋼支撐斷面在開挖第五、六層土方時測斜數據穩定，地表、建筑物未發生沉降；開挖第七層土方施工墊層、底板時，基坑有變形，對應地表、建筑物有沉降。

圖4 無伺服系統開挖對周邊影響

由圖4可以看出，無伺服系統基坑斷面開挖第五-七層土方時基坑均發生變形，底板澆筑后變形穩定，對應地表隨測斜數據增大沉降增大，土方開挖結束后還有沉降趨勢。

6 總結

地鐵深基坑施工中鋼支撐軸力伺服系統能夠有效彌補鋼支撐軸力容易損失的缺點，將深基坑鋼支撐的軸力由被動受壓和松弛的變形轉變為主動加壓調控變形，能夠有效的控制基坑變形，進而控制周邊建筑物沉降，以滿足緊臨深基坑保護對象的安全使用。