基坑钢支撑轴力应力伺服自动补偿系统技术原理与应用.docx

基坑钢支撑轴力应力伺服自动补偿系统技术原理与应用摘要：针对上海绿地恒滨置业集团龙华路1960地块 项目紧邻地铁深基坑开挖具体情况，运用钢支撑轴力应力伺 服系统，减少钢支撑轴力损失并对基坑临近地铁侧变形最 大位置点进行监测，使基坑邻地铁侧围护地下连续墙的变形 控制在20mm之内，地铁沉降控制在5mm以内，确保了周边 居民建筑的安全和地铁运行安全关键词：深基坑；钢支撑；应力伺服系统；围护地下连 续墙；变形控制Pit steel support axial force stress servo automatic compensation system technology theory and applicationsLi Hui-yu(Shanghai Construction Division Engineering Consulting Co. ， Ltd. ， Shanghai 200032)Abstract： Shanghai Heng Bin Green Property Group Lot 1960 Longhua Road , adjacent to metro deep excavation specific circumstances, the use of steel support axial force st ress servo system to reduce st eel support shaft power losses. Pit near the subway and the point where the maximum lateral deformation monito ring, so that the side cont a.inme nt pit adjace nt subway underground continuous wall deformation control in 20mm, and the underground settlement control of 5mm or less , to ensure the safety of the surrounding residential buildings and subway safety・Keywords： deep pit； st eel suppor t； st resses servo system ； envelope underground continuous wall ； deformation control本工程地下室与7#线共用地下连续墙，为了确保7#线 地铁正常运营安全，申通地铁公司对紧邻地铁基坑工程基坑 变形提出了更高标准和更严要求，变形控制在20mm之内， 工期由5个月改为3个月，施工难度逐渐加大。

为确保基坑 及地铁安全，基坑施工过程中必须运用有效的控制变形工 具、施工工艺及相关控制措施本文介绍了钢支撑轴力应力伺服系统的原理和施工应 用，并结合基坑、地铁围护变形数据的整理分析，总结应力 伺服系统在施工中基坑地铁变形曲线趋势，为钢支撑轴力应 力伺服系统应用提供现场依据，从而确保基坑施工与地铁正 常运营安全1.应力伺服自适应支撑系统介绍应力伺服自适应支撑系统是结合了现代机电液一体化 自动控制技术、计算机信息处理技术以及可视化监控系统等 高新技术手段，对支撑轴力进行全天候不间断监测，并根据 高精度传感器所测参数值对支撑轴力进行适时的自动或手 动补偿来达到控制基坑变形目的的支撑系统运用自适应支 撑系统，实现了对钢支撑轴力的实时监测和控制，解决常规 施工方法无法控制的苛刻变形要求和技术难题，使工程始终 处于可控和可知的状态，具有良好的社会效益、经济效益和 环境保护效益2•应力伺服系统施工原理钢支撑轴力应力伺服系统主要分为4部分：PC人机交流 系统，DCS控制系统，油压泵压力系统和钢支撑系统（见图 1）,其中DCS控制系统为整个系统的控制枢纽，连接其他3 大系统DCS将数据反映至PC系统，显示给监测人员；控制 油压泵开启或关闭，增压保压；接收钢支撑端部千斤顶轴力 数据，与设计数据进行比较。

PC系统将设计数据输入，转换 成视觉可操作平面，油压泵提供支撑轴力支持，支撑直接进 行压力输出（施予地下连续墙），同时通过传感器将实时轴 力数据反馈给DCS控制系统当反馈数据低于设计轴力数据 范围时，DCS控制系统输出信号驱动油压泵系统开启工作， 油压泵不断输送给钢支撑千斤顶压力，待传感器传回数据在 一段时间（一般5〜lOmin）稳定在设计数据之上时，DCS系 统输出信号关闭油压泵，油压泵停止工作；当反馈数据在设 计数据范围之内时，一切正常，继续运行；当反馈数据高于 设计数据范围最大值，DCS系统发出报警，进行降压处理应力伺服系统主要原理如下：（1） 油泵工作压力靠高压比例减压阀自动调定，压力 传感器检测，组成闭环控制，保证千斤顶压力的连续可调性 及控制精度2） 钢支撑轴力保持在设定压力A下（此压力可调）， 当轴力下降至设定压力B时能自动启动油泵（或蓄能器）补 压至A值，当轴力超过设定最大值C时，控制台可自动报警, 由工作人员确认是否进行相关操作（保压或减压）3） 电气系统由DSC控制器实施自动控制操作面板 上装有彩色触摸屏，可显示和设置工作压力、超载报警和系 统工作状况4） PC系统具有输入/输出/显示/操作/修改/存储/打 印等功能。

5） 当动力电源断电时，整个电控系统由后备的UPS 不间断电源供电，液压动力油源由手动泵提供，确保系统安 全6） 在千斤顶顶升过程中，随时锁紧机械自锁装置， 保证在自控系统突然失效情况下支撑不失效整个系统需要整体相互配合才能正常完成工作，由于相 关技术限制，尚不能实现DCS系统驱使油压泵自动泄压、全自动控制 3.应力伺服自适应支撑系统组成应力伺服自适应支撑系统包括液压动力泵站系统、千斤 顶轴力补偿装置和电气控制与监控系统3. 1液压动力泵站系统液压动力泵站系统参数如下：① 系统工作压力：28Mpa② 最大工作压力：32Mpa③ 系统流量：2. 34L/min④ 油箱容积：22L；有效容积：15L⑤ 电动机功率：1.5KW⑥ 工作介质：YB-N46抗磨液压油液压系统配置包括补偿用液压系统和预撑用普通液压 系统3. 2液压动力泵站系统工作原理由电机驱动液压泵压出的液压经减压阀减至工作压力 后，通过出油口与液压管路连接，为液控阀组的液压缸提供 液压驱动力，液压缸的回油泾液压管路回到泵站回油口，经 回油过滤器后返回油箱3. 3液压动力泵站：见图2图2液压动力泵站3. 4千斤顶轴力补偿装置千斤顶轴力补偿装置：地下连续墙预埋件支撑中心线钢箱体钢支撑和钢支架平台(1) 底钢板；(2) 侧钢板；(3) 支座钢板；(4) H型钢；(5) 面板；(6) 牛腿筋板；(7) 侧向牛腿筋板；(8) 加劲板；(9) 螺丝3. 4.1千斤顶轴力补偿装置结构千斤顶结构是分体式带机械锁保险装置的增压油缸，组 成部件包括顶块、锁紧螺母、连接过渡套、螺杆、导向套、 机械安全阀组件、缸体、活塞、活塞杆、导向套，其技术参 数见表。

表3. 4. 1千斤顶结构技术参数序号项目单位参数1顶力t 3002工作行程mm 1503最低高度mm 796〜8004油缸内径mm 300 5活塞杆直径mm 2806油缸外径mm 395 7工作压力MPa 31. 53. 5电气控制与监控系统本电气控制系统采用DCS系统，系统由监控站、操作站 和现场控制站组成，现场控制站靠近基坑边一字排开，每隔 一段间距设置一个，分别控制3个泵站（液压系统），每个 泵站可控制4个钢支撑各个站点通过CAN总线实现数据采 集及发送控制指令3. 5. 1监控站全面监控所有的泵站的实时运行情况，包括各油缸压 力、设定压力、泵站状态（包括电机正常、过流跳闸、液位、 传感器电气故障、传感器冗余状态、液压阀电气故障等状态 信息），油缸压力和设定压力以图形化形式显示；并可运行参数设定（设定压力等）可实时采集运行数据（主要为压 力）并存储计算机硬盘长期保存，并按要求（时间段等）以 图形形式显示，以及打印报表，也可将数据导出EXCEL表格自适应支撑系统的工作界面，可以显示每个控制站下各泵站所连接的所有油缸情况多色小方块为各类状态和故障 报警（如果存在），何种故障存在则何种颜色的小方块显现 出来，无故障时并不显现；紫色长柱状为设定压力，红色长 柱状为实际油缸压力，二者可以轻松实现图形化比较。

3. 5.2监控站工作图示可以显示和调整：调节压力、泵 站状态、泵站故障、设定压力、油缸压力、油缸状态、油缸 故障监控站数量1套，具体由以下部件系统组成：①PC,上位机：1套②PC监控软件等：1套UPS不间 断电源：1只④CAN-USB适配器：1只⑤快速重载接插件：2 套⑥PC柜柜体：1只⑦低压电气元件：若干3. 5. 3操作站实现现场的各单独泵站的实时运行情况的监控和运行 参数设定（设定压力等）；以及实现现场所有的存在故障的 泵站的故障集中显示界面操作站数量1套，具体由以下部件系统组成：①HMI工业触摸屏10.4寸：1只②HMI工业触摸屏软件 等：1套③控制器PLVC （单层）：1只④控制器软件等：1套 ⑤总线浪涌抑制器：1只⑥快速重载接插件：3套⑦快速重 载接插件：3套⑧控制柜体：1只⑨低压电气元件若干图3. 5. 3. 1操作站：见图3图3操作站3. 5. 4现场控制站分别采集12个钢支撑的运行数据（如压力、液位等）， 并通过CAN总线传送至监控站和操作站；接受监控站和操作 站的控制指令，分别控制12个钢支撑的压力调节，伸缩动 作、液压泵起停等分别采集12个钢支撑的运行数据（如 压力、液位等），并通过CAN总线传送至监控站和操作站； 接受监控站和操作站的控制指令，分别控制12个钢支撑的 压力调节，伸缩动作、液压泵起停等。

3. 5. 4. 1现场控制站:见图4图4现场控制站现场控制站数量共4台，每台具体由以下部件系统组成:① 控制器PLVC （三层）：2只②控制器软件等：1套⑶总 线浪涌抑制器：1只④总线分配器：1只⑤快速重载接插件: 21套⑥控制柜体（户外型）：1只⑦低压电气元件：①开关 电源（24V/40A）： 1只②直流电源分配器：4只③断路器： 10只④接触器：8只⑤直流浪涌抑制器：1只⑥其他电气元 件：3. 5. 5钢支撑液压站电气系统系统的控制对象，其中主要由钢管主体结构，轴力自动 补偿装置组成，由现场控制站控制其伸缩动作、设定压力等, 并通过检测元件（如压力传感器）将运行信息反馈到现场控 制站每台液压小泵站系统需配置1套电气接线盒装置，每套 电气接线盒装置由以下部件系统组成： ①接线盒：1套②快速重载接插件：2套③其他电气元件：若干3. 5. 5. 1液压站电气系统：见图5图5液压站电气系统综上，控制系统具有以下特点：(1) 控制系统采用DCS控制技术：DCS是面向整体，面 向系统的控制技术，目标是整个系统的最优化控制，包括现 场实时控制的最优化和综合信息管理的最优化2) 现场总线采用CAN总线：现场总线是当今自动化 领域技术发展的热点之一，被誉为自动化领域的计算机局域 网。

它的出现为分布式控制系统实现各节点之间实时、可靠 的数据通信提供了强有力的技术保障3) 友好的人机界面：监控站采用PC机，操作站采用 HMI,图形化形式全面监控系统所有实时运行情况，包括各 油缸实际压力、设定压力、泵站状态(包括电机正常、过流 跳闸、液位、。