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钢支撑轴力伺服系统原理讲解

347 2020-06-30 09:41:47
  • 工程概况

雨润路站位于南京市建邺区泰山路与嘉陵江东街东南交叉口,基坑开挖深度为15.1~16.3m,开挖范围由上至下主要有杂填土、淤泥质粉质粘土、粉细砂层,属软弱地层,车站主体东侧3m距离有一220kv架空高压线,距地面净空21~26m,采用桩基础,桩径1m,桩长18m,桩端持力层为细粉砂层。
  • 围护体系概况
车站东侧主体采用600mm厚TRD工法槽壁加固+800mm厚地下连墙+砼支撑+钢支撑体系。考虑到东侧高压线净空,采用了高度满足安全距离的TRD-III型工法机器,围护结构采用刚度较大,厚度800mm的地下连续墙。车站第1道支撑采用800*800mm的钢筋混凝土支撑,其余均采用φ609*16mm的钢支撑作为支撑体系。为控制东侧高压铁塔的稳定及保障基坑开挖支护的安全,在东侧高压铁塔附近沿基坑深度的第2、3道钢支撑,纵向范围内铁塔附近4根,两层共8根钢支撑采用钢支撑轴力伺服系统(钢支撑轴力自动补充系统)。
  • 钢支撑轴力伺服系统原理

支撑轴力伺服系统是由硬件设备和软件程序共同组成的1套智能基坑水平位移控制系统,它适用于基坑开挖过程中对基坑围护结构的变形有严格控制要求的工程项目,可以24小时实时监控,低压自动伺服、高压自动报警,对基坑提供全方位多重安全保障。基于基坑开挖支护自身安全及对周边铁塔的保护。雨润路站采用了TH-AFS钢支撑轴力伺服系统,它主要有三大部分组成:主机、数控泵站、支撑头(总成),组成部分如下图:
 

钢支撑伺服系统组成

钢支撑伺服系统组成

  • 主机

    主机位于项目部工程部,由程控主机及显示器组成,是伺服系统的“大脑”,可以与现场数控泵站进行数据传输,轴力值调整及监测报表生成。

  • 数控泵站

数控泵站也称为控制柜,由一系列机械及电子的元器件组成,数控泵站工作的核心组成为PLC控制器、变频电机、液压泵和无线通讯模块,还包括液压阀组件、电源组件、交流接触器、线缆及油管的接口等。数据泵站作为中间纽带将程控主机和支撑头总成连接起来,在两者之间进行信息的传递,实现人对钢支撑轴力的测控。
  • 支撑头总成

支撑头总成与钢支撑连接,并安装在基坑围护结构的设计指定位置。它与数控泵站是通过油管、线缆连接进行工作的。支撑头总成内部包含千斤顶,用以对钢支撑施加轴力。
  • 现场安装

  • 安装流程

钢围檩安装、地面支撑头拼接、带支撑头钢支撑吊装、预应力施加、实时轴力监控
1)本站在临近东侧高压线位置前后12m增设了钢围檩,钢围檩使用两根I45a工字钢,采用三角托架支撑在同一水平面上,并将各段钢围檩整体焊接。钢围檩与地连墙之间使用水泥砂浆充填密实,保证钢围檩受力稳定。
2)现场钢围檩安装的同时,在地面上安装支撑头总成,支撑头采用与钢支撑匹配的螺栓大小及间距,支撑头的一端直接配备了钢板,采用高强度螺栓连接,方便可靠。

支撑头总成安装 

 支撑头总成安装完成
3)现场采用履带吊将连接好的钢支撑吊装至高压铁塔附近需要安装的区域,缓慢下落至钢围檩上,同时人工辅助将钢支撑调整到设计位置。

钢支撑安装完成
4)钢支撑安装完成后,立即通过数据泵站与支撑头直接的预留口连接好油管路及压力、位移数据线,并通过放置于基坑周边的数控泵站对支撑头总成按照轴力值进行加载,当支撑轴力或位移值达到设计数值后,停止加载,这是位于千斤顶两侧的双机械锁自动锁止,设定好轴力值范围,开启自动轴力监测,可以根据温度的变化,钢支撑长短微变,实时进行千斤顶油缸的伸缩,保证钢支撑轴力一直处于设计值,以达到基坑变性控制及周边高压铁塔的沉降。

 

                  

 

数控泵站

监控主机

  • 实时监控

支撑头总成内置压力传感器及超声波位移传感器,用以监测钢支撑的轴力及位移;系统根据设置好的设计轴力值及动态范围进行动态调整。当监测到钢支撑的实际轴力低于设计值时,即系统会启动,进行轴力自动补偿;当系统监测到钢支撑的轴力值大于设计值时,系统会自动降低轴力,使之保持在设计值范围内,得以保证基坑变形及周边高压线的沉降。同时,该系统还能在监控端手动对轴力值大小进行调整,以适应不同工况下的轴力值大小。       当监测数据超过预警范围,就会产生自动报警,可按需设置预警值(轴力限值或位移限值)。自动报警中心展示属于自己的报警审批流程,未处理过的报警会突出显示,报警等级可以根据标题颜色区分。

通过对高压铁塔附近的纵向范围4根钢支撑,竖向范围第二、三道钢支撑监测数据分析,选取了从安装完成至514日的地连墙深层水平位移与高压铁塔倾斜监测数据:
1)地连墙围护结构测斜数据对比
钢支撑伺服系统与未安装钢支撑伺服系统的地连墙测斜数据。

测点

第二道安装伺服系统钢支撑累计位移

第二道未安装伺服系统累计位移

第三道安装伺服系统钢支撑累计位移

第三道未安装伺服系统累计位移

备注

TS11

-0.66mm


6.48mm


伺服系统钢支撑

ZQT23

-7.63mm


-1.95mm


伺服系统钢支撑

ZQT10


-1.26mm


9.3mm

非伺服系统钢支撑

ZQT24


-9.96mm


-0.38mm

非伺服系统钢支撑

通过数据可以得知:采用伺服系统的钢支撑深层水平位移累计变量小于未采用伺服系统的钢支撑深层水平累计变量,可得知在同一段时间内,位移变化较未采用伺服系统的钢支撑小。由此可见,钢支撑伺服系统对围护结构地连墙的变形控制取得了良好的效果,基坑变形未发生预警。

2)高压铁塔沉降累计变化量。

测点

4月6日累计变量

5月14日累计变量

变化速率

备注

JCJ48

-18.5mm

-30.4  mm

0.305mm/d


JCJ49

-18.6mm

-31.1mm

0.320mm/d


JCJ50

-18.7mm

-32.0mm

0.340mm/d


JCJ51

-18.8mm

-31.4mm

0.323mm/d


通过以上数据可以得知:布置在高压铁塔基础上四个方向的四个监测点,在一段时间内,累计变量与变化速率均较均匀,未出现沉降差异较大情况,保证了高压铁塔在基坑开挖支护阶段的稳定。

5结论

钢支撑伺服支撑系统在南京地铁七号线雨润路站的实施,有效控制了基坑变形及高压铁塔的稳定,对深大基坑起到了重要监测作用,也是近年来比较推崇的一项技术,后在南京地铁临近建(构)筑物的其他项目也得到应用。

1)通过输入轴力与位移控制值后,可实现自动化监测,自动保压、加压,从而保证基坑处于安全及周边建(构)筑物的稳定。

2)整装设备占地面积小,安装便捷,灵活,安装速度快,可实现与传统钢支撑的直接对接。

3)主机端可以生成报表,详细记录监测信息,并与施工监测联合进行监测,实时动态调整,指导基坑开挖支护作业,无疑为双保险