鋼支撐軸力伺服系統(tǒng)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(xù)墻+內(nèi)支撐圍護結(jié)構(gòu)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(tǒng)概述

近年來，自動控制伺服系統(tǒng)在理論和工程上取得了快速發(fā)展和廣泛運用，本文根據(jù)自動控制的伺服系統(tǒng)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(zhuǎn)變?yōu)橹鲃蛹訅赫{(diào)控變形，根據(jù)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(jié)構(gòu)的變形調(diào)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(tǒng)包括液壓泵站和液壓千斤頂組成的液壓系統(tǒng)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(tǒng)模塊組成。

液壓系統(tǒng)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(tǒng)由工控計算機、信號通訊轉(zhuǎn)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(zhì)復雜，含有大量④2、⑦2粉砂，部分中間夾雜⑤1粉質(zhì)粘土，地下連續(xù)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(xiàn)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(xù)墻發(fā)生變形，地表沉降、建筑物沉降數(shù)據(jù)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(jiān)測數(shù)據(jù)分析與比較

4.1 無伺服系統(tǒng)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(qū)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(shù)據(jù)持續(xù)增大，在第二道混凝土支撐施工完成后變形趨于穩(wěn)定，測斜累計最大在40mm左右，待后續(xù)土方開挖后測斜繼續(xù)增大，待底板墊層澆筑后趨于穩(wěn)定，測斜累計最大在110mm左右。

4.2 有伺服系統(tǒng)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(tǒng)的鋼支撐，開挖前的數(shù)據(jù)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(xù)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(tǒng)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(tǒng)和無伺服系統(tǒng)的基坑變形對比分析

圖1 北側(cè)基坑有、無伺服開挖每層土基坑變形對比

圖2 南側(cè)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(tǒng)鋼支撐基坑變形數(shù)據(jù)，藍色為有伺服系統(tǒng)鋼支撐基坑變形數(shù)據(jù)，通過對比發(fā)現(xiàn)在土方開挖過程中有伺服系統(tǒng)鋼支撐基坑變形比無伺服系統(tǒng)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(tǒng)開挖對周邊影響

由圖3可以看出，有伺服系統(tǒng)鋼支撐斷面在開挖第五、六層土方時測斜數(shù)據(jù)穩(wěn)定，地表、建筑物未發(fā)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(tǒng)開挖對周邊影響

由圖4可以看出，無伺服系統(tǒng)基坑斷面開挖第五-七層土方時基坑均發(fā)生變形，底板澆筑后變形穩(wěn)定，對應地表隨測斜數(shù)據(jù)增大沉降增大，土方開挖結(jié)束后還有沉降趨勢。

6 總結(jié)

地鐵深基坑施工中鋼支撐軸力伺服系統(tǒng)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(zhuǎn)變?yōu)橹鲃蛹訅赫{(diào)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。