深基坑型钢组合支撑伺服轴力监测系统应用技术
摘要：随着我国城市规模的不断发展，地下空间开发利用的层次不断深入，深基坑数量也越来越多，为保证深基坑自身安全性能和保护其周围已有建筑、地下管线，施工过程中通常会采用地下连续墙＋支撑结构进行基坑支护，型钢组合支撑在深基坑支护工程中发挥着重要作用，伺服系统是一种监测型钢组合支撑轴力实现支撑轴力自动补偿与报警的新型监测技术，本文以杭州市城北净水厂工程深度处理区-气浮池深基坑为例，对伺服轴力监测系统应用技术进行详细的分析和介绍。
关键词：深基坑、型钢组合支撑、轴力监测、伺服系统。
一、引言
深基坑在开挖施工时，由于深基坑内土体开挖导致临近建筑基础的被动土压力和周边土体荷载发生变化，引起临近建筑的不均匀沉降产生较大的安全隐患，同时也会发生深基坑四周围护墙侧向变形、坑底土体隆起；深基坑开挖过程中不仅要保证坑体自身具有足够的强度和安全性能，也要避免开挖造成周边已有建筑和地下管线产生差异变形与不均匀沉降，伺服轴力监测系统可以对基坑周边维护墙体的位移与变形进行有效监测和控制，确保基坑开挖的坑体自身安全性，对基坑周边已有建筑和地下管线进行了有效的保护。
二、项目工程概况
本工程拟建建（构）筑物主要为预处理、二级处理箱体、深度处理箱体、液氧站等。本论文研究对象为深度处理区气浮池—反硝化滤池，该箱体长宽为68m×40m，深度为12.6m；气浮池—反硝化滤池合建基坑围护设计采用850mm厚TRD水泥土连续墙内插
H700×300×13×24，型钢长度24m间距600mm，兼作围护结构及截水帷幕。基坑采用两道预应力型钢组合支撑并配备伺服轴力监测系统。
（一）伺服系统概述
2.1.1 伺服系统简介
型钢组合支撑轴力监测系统主要包括程控主机、智能泵站、内置千⽄顶钢套箱的补偿节和位移传感器，程控主机可以通过无线网桥最多同时控制50台智能泵站，并将智能泵站端的压力和位移数据进行实时反馈；智能泵站集成了控制电路与超⽄压油泵，施工技术人员可通过手控面板进行手动操作与远程程控主机两种方式控制智能泵站，智能泵站具有独立油路通道可同时独立控制10个补偿节；本工程使用的千斤顶为320T，每道支撑共配置9个千斤顶。
2.1.2 伺服系统工作原理
在支撑安装完成后通过智能泵站控制千斤顶施加预应力达到设计值，内置千斤顶钢套箱的补偿节位移传感器可以实时读取千斤顶活塞伸缩量并传回监控显示系统，监测基坑墙体变形量；支撑上预安装的轴力监测计可以监测支撑轴力，当基坑被动受压或松弛变形导致轴力发生变化时，智能泵站会自动对千斤顶加压或卸载，有效调控基坑变形量使其在安全变化范围内；若超过轴力报警值后伺服系统会自动报警并以短信的方式经信息发送到现场施工技术负责人手机中技术人员对报警原因进行分析第一时间采取有效的应对措施。
1. 型钢组合支撑中伺服系统施工应用技术
2.2.1 伺服轴力监测系统施工工艺流程
施工工艺流程详细见2.2-1
图2.2-1 型钢组合支撑伺服系统施工工艺流程图
2.2.2 伺服轴力系统施工控制要点
1.施工准备：施工前将机械材料进场，作业人员进行相关安全教育和技术交底培训；土方开挖至第一道钢支撑底标高，做好伺服系统调试运行工作。
2.安装三角托架、钢围檩：将提前加工好钢围檩运至施工现场，用L80×8角钢现场加工三角托架，经复测标高后将其焊接在地下连续墙型钢上，焊缝满焊并且保证具有10mm的厚度，三角托架安装完成后再次复测标高，确认无误后开始拼装钢围檩，钢围檩与地下连续墙之间采用T型钢焊接，通过控制两者间距以满足钢围檩之间预留支撑空间无误，安装完成后用C30混凝土填充钢围檩与地下连续墙型钢之间的空隙，确保二者之间紧密贴合。
3.拼装钢支撑和补偿节：每个补偿节有150mm的行程，型钢拼装前用皮尺准确测量钢围檩之间的间距，利用20t汽车吊在施工现场拼装钢支撑和补偿节，保证整根支撑符合
设计长度要求；支撑安装完成后及时搭设人员通道与安全警示，防止发生支撑坠落事件发生。
4.安装并调试伺服系统：型钢组合支撑安装完成后工作人员依据现场布置进行合理的规划，参照现场实际情况将智能油泵和监控站放在合适的位置，连接油管线路和信号线路，并配备一台10KW发电机以防现场停电等特殊情况，本工程每道支撑安装9个320T千斤顶连接在同一个智能泵站上，两道支撑共用一个监控站；系统安装完成后对整机运行调试，检查千斤顶伸缩量、压力传感器显示、智能泵站常开阀和比例调节阀系统压力大小、电机运转是否正常。
图2.2-2 伺服系统总体架构
5.施加预应力并设定各项参数：系统调试完成确认运行正常后在主机控制端上设置支撑轴力上下限值，本工程第一道支撑在土方开挖前施加1000KN预应力,预应力按照30%、50%、20%三级施加并检查每个节点连接情况做好相关记录，当单根支撑轴力达到1500KN后系统将会自动报警；第二道支撑施加预应力值为1500KN，单根报警值为3200KN；当支撑轴力低于该道支撑预应力值的90%时系统会自动补偿至该道支撑预应力值。一旦出现报警值系统会以短信方式发送到技术人员手机上，技术人员可以在第一时间查找报警原因并采取应对措施。
6.拆除系统：①关闭千斤顶各项油管；②将所有线路拆除；③先拆除第二道支撑，第二道支撑拆除后进行换撑，待所有地下箱体结构施工完成后再拆除第一道支撑；
（三）监测系统数据分析
3.1 泵站实时数据
图3.1-1 泵站实时数据
3.2 支撑轴力、位移数据
现场技术管理人员可以通过申请平台账号登陆网址，登陆后可查看本用户授权所在项目上地图分布情况，可通过筛选项目名称、所属公司、项目状态查看目标项目，通过查看泵站模块、支撑头模块实时查看项目各项信息掌握基坑支护动态。支撑头管理模块可以查看支撑头千斤顶、力传感器、位移传感器、实时有效数据，打开实时数据可以查看该道支撑一段时间内的检测值、位移变化值、温度变化值情况曲线；打开消息中心页面可以查看项目报警状态、支撑报警状态、泵站报警状态，若现场产生报警时系统会自动以短信方式发送到项目技术员手机端。
图3.2-1 支撑轴力、位移曲线图
3.3 设定参数调整
施工现场结合土体位移监测数据对设定参数进行调整：伺服监测系统结合基坑专项监测方案实时监测基坑安全稳定状况，如果基坑深层土体水平位移累计达到36mm或位移变化量达到3mm/d则产生报警，需要根据实际情况调整支撑轴力，直至基坑达到安全状态。
（四）型钢组合支撑伺服轴力系统应用效果
1.深层土体水平位移分析：本工程深度处理区—气浮池基坑尺寸为68m×40m，深度为12.6m，施工过程中型伺服系统共出现过46次应力补偿和卸载，但都未超过报警值，经分析主要原因是由于型钢在高温时会产生热胀冷缩，对支撑轴力会产生一定影响；墙体深层土体水平位移最大值未+13mm＜±36mm（设计监测报警值）。
2.基坑周边环境：基坑周边地下污水管等刚性管线隆沉为-9mm＜16mm（预警值）；电缆等柔性管线隆沉量为+11mm＜24mm（预警值）；地表沉降与水平位移19mm＜
36mm（预警值）均在规范要求允许误差范围内。
1. 结论
本工程深度处理区—气浮池基坑具有狭窄深度较大的特点，基坑变形会对支撑轴力产生较大的影响，采用混凝土和普通钢支撑容易发生应力损失，而伺服系统可以根据基坑变形调整应力保证型钢组合支撑具有足够的刚度，对基坑变形具有明显的控制作用。本文介绍了轴力伺服系统在深基坑型钢组合支撑中的应用技术，实践证明具有良好的应用效果。
参考文献
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[5]]李庆伟，陈龙华，程金明. 北京某深基坑监测实例分析. 2008(09)
作者简介：
1、孟凡瑞，男，1990.09，汉，本科，山东聊城，土木工程
2、张文宣，男，1997.11，汉族，本科，辽宁丹东， 土木工程
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