鋼支撐軸力應力伺服自動補償系統在地鐵深基坑施工中的應用

冀現軍

（中鐵十四局集團大盾構工程有限公司，江蘇 南京 210000）

1 工程概況

1.1 工程概述

芳芯路站為上海地鐵18 號線中間站，車站中心里程SK18+672.645。主體位于浦東新區花木街道，在芳芯路與高科西路之間的白楊路下，沿白楊路南北向設置站位。該站為地下三層島式雙柱三跨車站，有效站臺寬度13m，車站規模160m×20.60m（內凈）。底板埋深約24.86m。采用明挖順作法施工，標準段：基坑深約25.16m，地下連續墻厚1200mm，深52m。

1.2 周邊建筑物情況

芳芯路站東側為國脈苑小區，小區樓房西側基礎與地鐵主體深基坑最小距離為4.08m；東南已拆遷空地為2 號出入口施工場地；西南角為一污水泵站和環龍公寓1 棟11 層居民樓；西側建構筑物已拆除作為車站施工場地；車站主體結構西北側為芳芯苑2 號6 層居民樓；東北側為白楊路1065 弄5 號6 層居民樓。

1.3 工程地質情況

場地地基土分布自上而下為：①1 填土、②1 粉質黏土、③t 砂質粉土、③淤泥質黏土、④淤泥質黏土層、⑤11 黏土、⑤1t 砂質粉土、⑤31b 粉質黏土、⑤4 粉質黏土、⑦12 砂質粉土、⑦2 粉砂、⑧1 粉質黏土夾粉土。

2 鋼支撐軸力伺服系統施工工藝

2.1 鋼支撐施工設計

車站主體標準段設置七道支撐，其中第一、三、五道為鋼筋混凝土支撐，其余均為鋼管支撐。東西端頭井位置設置八道支撐，其中第一、三、五道為鋼筋混凝土支撐，其余采用鋼管支撐。

2.2 鋼支撐軸力伺服系統介紹

2.2.1 中央控制中心

全面監控所有泵站的實時運行情況，壓力值以圖形化形式顯示，并可運行設定壓力等?？蓪崟r采集運行壓力數據，長期保存、打印監控成果報表。

2.2.2 現場控制站（電控柜）

每臺現場控制站分別采集24 個液壓千斤頂的運行數據（如壓力、液位等），并通過CAN 總線傳送至監控中心；監控中心向控制站發出指令，分別控制對應的液壓千斤頂的壓力以及伸縮、液壓泵起停等。

2.2.3 液壓動力泵站

每臺液壓動力泵站分別采集控制8 個液壓千斤頂的運行數據（如設定壓力、實際壓力），并通過數據線傳送至控制站；接收控制站的控制指令，分別控制對應的液壓千斤頂的壓力調節、伸縮動作。

2.3 鋼支撐軸力伺服系統布置設計

車站軸力伺服系統布置范圍為軸1～軸13，傳統鋼支撐布置范圍為軸14～軸20。

2.4 鋼支撐軸力伺服系統施工流程

軸力伺服系統施工流程見圖1。

圖1 軸力伺服系統施工流程圖

2.5 鋼支撐軸力伺服系統施工方法

2.5.1 系統現場布置

鋼支撐軸力自動補償系統的現場控制站靠近基坑東南沿基坑邊均勻布置，每控制站控制3 臺液壓站，每個液壓站可控制8 根鋼支撐，芳芯路站共設置6個現場控制站，現場控制站最后集成于現場中央控制中心（云平臺），通過網絡監控建立集成信息共享。

2.5.2 系統安裝

千斤頂、安裝箱與鋼支撐連接為整體—找出圍護體中預埋鋼板，焊接安裝鋼支架平臺—吊鋼支撐到鋼支架平臺—鋼支撐預頂到位—連接高壓油管—加力后摒緊千斤頂機械鎖，再固定箱蓋—安裝完成后的支撐系統。

2.5.3 軸力加載

（1）軸力設計值：設計軸力為固定的理論計算值，假設設計軸力是某一點準確計算值，但實際當中的軸力值肯定處于變化之中，以點帶面顯然無法作為準確的數據依據來應用。

（2）軸力施加值：實際所施加的支撐預應力大小根據設計軸力和經驗數據確定，經驗數據依據近十個基坑控制變型數據反算得出結果，同時驗證其可行性應用項目為三門路下立交通道、蘇州地鐵3 號線寶帶東路站項目和已經完工的14 號線浦東南路站項目。

（3）位移報警值：根據規范及設計要求一級基坑日變形2mm[1-2]，申通地鐵集團雖然做了0.08%的總位移控制目標，但日變形控制報警值沒有做出規定，在以往的工程應用過程中，采用日變形2mm 進行預警控制無法實現目標值的要求，在提高到1mm 的變形預警值時，控制達到0.08%的要求。所以項目將預警值提升至24h 累計位移達到1mm 設為內控數值，并設置系統參數進行因素分析與越權控制。

2.5.4 伺服系統段支撐與普通支撐軸力緩沖段處理

伺服系統與普通支撐軸力存在差值，為減小軸力伺服系統與設計值差值，在軸力伺服設計布置之外加設3 根緩沖軸力伺服支撐，均分軸力差值，保證軸力伺服與普通支撐軸力緩沖平穩過渡[3]。

3 基坑變形控制情況

3.1 軸力伺服自動補充系統應用結果

3.1.1 3月1日—3月8日軸1～軸13 位置地連墻變形情況見表1。

表1 軸1～軸13 位置地連墻變形（P3 點）監測成果評價表

3月1日—3月8日，在開挖第三層土體時，軸1～軸13 第二道鋼支撐為帶有安裝伺服補償系統的鋼支撐，在沒有開啟軸力補償系統裝置前，地連墻變形最大變化速率達到2.12m/d，超過了內控值±1mm/d 和設計要求值±2mm/d，且隨后3 天內的最大變化速率均應保持在-1.45mm/d 左右。3月4日，在第二道軸1～13 支撐啟用軸力補償系統裝置后，地連墻的變形發展得到了有效的控制，從之前的-1.45mm/d 降低至-0.38mm/d，且從之后的4 天的監測情況分析看，P3 點最大變化速率基本控制在-0.3mm/d。截至3月8日，地連墻最大變形處P3 點累計值為8.61mm，符合內控值±1mm/d 和設計要求值±2mm/d。

3.1.2 3月1日—3月8日軸14～軸20 位置地連墻變形情況見表2。

表2 軸14～軸20 位置地連墻變形（P23 點）監測成果評價表

在3月1日—3月8日，在開挖第三層土體時，軸14～軸20 第二道支撐為傳統鋼支撐，地連墻變形P23點最大變化速率達到1.67m/d，雖然未超過設計要求值±2mm/d，但超過項目部設置的內控值±1mm/d，無法保證最終變形控制0.08%內的業主要求；且隨后8 天內的P23 點最小變化速率均保持在-0.78mm/d 左右。此階段地連墻最大變形累計值為12.17mm，雖然符合內控值和規范及設計要求值，但是變化速率較高，地墻最終變形偏高。

3.2 安裝軸力伺服系統鋼支撐與傳統鋼支撐位置地連墻變形值變化對比

施工過程中，由于監測點較多，分別選取變形數據較大和具有代表性的監測點P3、P23 數據進行比較。安裝軸力伺服系統鋼支撐與傳統鋼支撐位置地連墻變形值變化對比如圖2所示。

圖2 伺服系統鋼支撐與傳統鋼支撐位置地連墻變形值變化對比圖

4 軸力伺服自動補充系統應用總結

創新應用軸力伺服自動補充系統，將傳統鋼支撐施工技術與液壓軸力控制系統、監控系統等科學地結合起來，實現了對鋼支撐軸力的實時控制，實現了業主單位對基坑變形的高要求目標。通過對此次軸力伺服自動補充系統的應用分析，可以得出如下結論：

第一，軸力伺服自動補充系統具有軸力控制自動化高、精度高、軸力穩定、安全可靠，施工安裝拆除、維護操作方便等特點。

第二，與傳統鋼支撐施工相對比，軸力伺服自動補充系統可以大幅度控制地連墻的變形及變化速率，有效減小了地連墻最大累計變形值。

第三，應用鋼支撐軸力伺服系統鋼可以有效防止和杜絕深基坑施工由于鋼支撐軸力損失、人工復加不及時等各種因素引起的基坑坍塌等施工事故，確保施工安全。

5 結語

當下，城市軌道交通工程高速發展，地鐵沿線車站設計的大型深基坑工程越來越多，對地鐵沿線建筑物構成眾多危險，地鐵深基坑開挖過程中，鋼支撐軸力伺服技術逐漸成為深基坑支護的主導模式，智能化、科技化鋼支撐軸力補償及基坑變形監控系統成為深基坑支護的首選設備。