劉文禮 中鐵北京工程局集團(tuán)城市軌道交通工程有限公司

1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

1.1 工程概況

雨潤(rùn)路站位于南京市建鄴區(qū)泰山路與嘉陵江東街東南交叉口，基坑開(kāi)挖深度為15.1m～16.3m，開(kāi)挖范圍由上至下主要有雜填土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、粉細(xì)砂層，屬軟弱地層，車(chē)站主體東側(cè)3m 距離有一220kV 架空高壓線，距地面凈空21m～26m，采用樁基礎(chǔ)，樁徑1m，樁長(zhǎng)18m，樁端持力層為細(xì)粉砂層。

1.2 圍護(hù)體系概況

車(chē)站東側(cè)主體采用600mm 厚TRD 工法槽壁加固+800mm厚地下連墻+砼支撐+鋼支撐體系?？紤]到東側(cè)高壓線凈空，采用了高度滿(mǎn)足安全距離的TRD-III型工法機(jī)器，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用剛度較大，厚度800mm 的地下連續(xù)墻。車(chē)站第1 道支撐采用800mm×800mm 的鋼筋混凝土支撐，其余均采用Φ609×16mm的鋼支撐作為支撐體系。為控制東側(cè)高壓鐵塔的穩(wěn)定及保障基坑開(kāi)挖支護(hù)的安全，在東側(cè)高壓鐵塔附近沿基坑深度的第2、3道鋼支撐，縱向范圍內(nèi)鐵塔附近4根，兩層共8根鋼支撐采用鋼支撐軸力伺服系統(tǒng)（鋼支撐軸力自動(dòng)補(bǔ)充系統(tǒng)）。

2 鋼支撐軸力伺服系統(tǒng)原理

圖1 鋼支撐伺服系統(tǒng)組成

支撐軸力伺服系統(tǒng)是由硬件設(shè)備和軟件程序共同組成的1套智能基坑水平位移控制系統(tǒng)，它適用于基坑開(kāi)挖過(guò)程中對(duì)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形有嚴(yán)格控制要求的工程項(xiàng)目，可以24 小時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)控，低壓自動(dòng)伺服、高壓自動(dòng)報(bào)警，對(duì)基坑提供全方位多重安全保障?；诨娱_(kāi)挖支護(hù)自身安全及對(duì)周邊鐵塔的保護(hù)。雨潤(rùn)路站采用了TH-AFS鋼支撐軸力伺服系統(tǒng)，它主要有三大部分組成：主機(jī)、數(shù)控泵站、支撐頭（總成），組成部分如圖1所示。

2.1 主機(jī)

主機(jī)位于項(xiàng)目部工程部，由程控主機(jī)及顯示器組成，是伺服系統(tǒng)的“大腦”，可以與現(xiàn)場(chǎng)數(shù)控泵站進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，軸力值調(diào)整及監(jiān)測(cè)報(bào)表生成。

2.2 數(shù)控泵站

數(shù)控泵站也稱(chēng)為控制柜，由一系列機(jī)械及電子的元器件組成，數(shù)控泵站工作的核心組成為PLC 控制器、變頻電機(jī)、液壓泵和無(wú)線通訊模塊，還包括液壓閥組件、電源組件、交流接觸器、線纜及油管的接口等。數(shù)據(jù)泵站作為中間紐帶將程控主機(jī)和支撐頭總成連接起來(lái)，在兩者之間進(jìn)行信息的傳遞，實(shí)現(xiàn)人對(duì)鋼支撐軸力的測(cè)控。

2.3 支撐頭總成

支撐頭總成與鋼支撐連接，并安裝在基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)指定位置。它與數(shù)控泵站是通過(guò)油管、線纜連接進(jìn)行工作的。支撐頭總成內(nèi)部包含千斤頂，用以對(duì)鋼支撐施加軸力。

3 現(xiàn)場(chǎng)安裝

3.1 安裝流程

鋼圍檁安裝→地面支撐頭拼接→帶支撐頭鋼支撐吊裝→預(yù)應(yīng)力施加→實(shí)時(shí)軸力監(jiān)控。

（1）本站在臨近東側(cè)高壓線位置前后12m增設(shè)了鋼圍檁，鋼圍檁使用兩根I45a 工字鋼，采用三角托架支撐在同一水平面上，并將各段鋼圍檁整體焊接。鋼圍檁與地連墻之間使用水泥砂漿充填密實(shí)，保證鋼圍檁受力穩(wěn)定。

（2）現(xiàn)場(chǎng)鋼圍檁安裝的同時(shí)，在地面上安裝支撐頭總成，支撐頭采用與鋼支撐匹配的螺栓大小及間距，支撐頭的一端直接配備了鋼板，采用高強(qiáng)度螺栓連接，方便可靠。

（3）現(xiàn)場(chǎng)采用履帶吊將連接好的鋼支撐吊裝至高壓鐵塔附近需要安裝的區(qū)域，緩慢下落至鋼圍檁上，同時(shí)人工輔助將鋼支撐調(diào)整到設(shè)計(jì)位置。

（4）鋼支撐安裝完成后，立即通過(guò)數(shù)據(jù)泵站與支撐頭直接的預(yù)留口連接好油管路及壓力、位移數(shù)據(jù)線，并通過(guò)放置于基坑周邊的數(shù)控泵站對(duì)支撐頭總成按照軸力值進(jìn)行加載，當(dāng)支撐軸力或位移值達(dá)到設(shè)計(jì)數(shù)值后，停止加載，這是位于千斤頂兩側(cè)的雙機(jī)械鎖自動(dòng)鎖止，設(shè)定好軸力值范圍，開(kāi)啟自動(dòng)軸力監(jiān)測(cè)，可以根據(jù)溫度的變化，鋼支撐長(zhǎng)短微變，實(shí)時(shí)進(jìn)行千斤頂油缸的伸縮，保證鋼支撐軸力一直處于設(shè)計(jì)值，以達(dá)到基坑變性控制及周邊高壓鐵塔的沉降。

圖2 支撐頭總成安裝

圖3 支撐頭總成安裝完成

圖4 鋼支撐安裝完成

圖5 數(shù)控泵站

圖6 監(jiān)控主機(jī)

3.2 實(shí)時(shí)監(jiān)控

支撐頭總成內(nèi)置壓力傳感器及超聲波位移傳感器，用以監(jiān)測(cè)鋼支撐的軸力及位移；系統(tǒng)根據(jù)設(shè)置好的設(shè)計(jì)軸力值及動(dòng)態(tài)范圍進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。當(dāng)監(jiān)測(cè)到鋼支撐的實(shí)際軸力低于設(shè)計(jì)值時(shí)，即系統(tǒng)會(huì)啟動(dòng)，進(jìn)行軸力自動(dòng)補(bǔ)償；當(dāng)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到鋼支撐的軸力值大于設(shè)計(jì)值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)降低軸力，使之保持在設(shè)計(jì)值范圍內(nèi)，得以保證基坑變形及周邊高壓線的沉降。同時(shí)，該系統(tǒng)還能在監(jiān)控端手動(dòng)對(duì)軸力值大小進(jìn)行調(diào)整，以適應(yīng)不同工況下的軸力值大小。當(dāng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)超過(guò)預(yù)警范圍，就會(huì)產(chǎn)生自動(dòng)報(bào)警，可按需設(shè)置預(yù)警值（軸力限值或位移限值）。自動(dòng)報(bào)警中心展示屬于自己的報(bào)警審批流程，未處理過(guò)的報(bào)警會(huì)突出顯示，報(bào)警等級(jí)可以根據(jù)標(biāo)題顏色區(qū)分。

4 基坑監(jiān)測(cè)

通過(guò)對(duì)高壓鐵塔附近的縱向范圍4根鋼支撐，豎向范圍第二、三道鋼支撐監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析，選取了從安裝完成至5月14日的地連墻深層水平位移與高壓鐵塔傾斜監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

（1）地連墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)測(cè)斜數(shù)據(jù)對(duì)比。

分別統(tǒng)計(jì)了從2019 年4 月6 日安裝完成至2019 年5 月14日鋼支撐伺服系統(tǒng)與未安裝鋼支撐伺服系統(tǒng)的地連墻測(cè)斜數(shù)據(jù)。

表1 地連墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)測(cè)斜數(shù)據(jù)對(duì)比圖

通過(guò)數(shù)據(jù)可以得知：采用伺服系統(tǒng)的鋼支撐深層水平位移累計(jì)變量小于未采用伺服系統(tǒng)的鋼支撐深層水平累計(jì)變量，可得知在同一段時(shí)間內(nèi)，位移變化較未采用伺服系統(tǒng)的鋼支撐小。由此可見(jiàn)，鋼支撐伺服系統(tǒng)對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)地連墻的變形控制取得了良好的效果，基坑變形未發(fā)生預(yù)警。

（2）高壓鐵塔沉降累計(jì)變化量。

表2 高壓鐵塔沉降累計(jì)變化量表

通過(guò)以上數(shù)據(jù)可以得知：布置在高壓鐵塔基礎(chǔ)上四個(gè)方向的四個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，在一段時(shí)間內(nèi)，累計(jì)變量與變化速率均較均勻，未出現(xiàn)沉降差異較大情況，保證了高壓鐵塔在基坑開(kāi)挖支護(hù)階段的穩(wěn)定。

5 結(jié)論

鋼支撐伺服支撐系統(tǒng)在南京地鐵七號(hào)線雨潤(rùn)路站的實(shí)施，有效控制了基坑變形及高壓鐵塔的穩(wěn)定，對(duì)深大基坑起到了重要監(jiān)測(cè)作用，也是近年來(lái)比較推崇的一項(xiàng)技術(shù)，后在南京地鐵臨近建（構(gòu)）筑物的其他項(xiàng)目也得到應(yīng)用。

（1）通過(guò)輸入軸力與位移控制值后，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，自動(dòng)保壓、加壓，從而保證基坑處于安全及周邊建（構(gòu)）筑物的穩(wěn)定。

（2）整裝設(shè)備占地面積小，安裝便捷，靈活，安裝速度快，可實(shí)現(xiàn)與傳統(tǒng)鋼支撐的直接對(duì)接。

（3）主機(jī)端可以生成報(bào)表，詳細(xì)記錄監(jiān)測(cè)信息，并與施工監(jiān)測(cè)聯(lián)合進(jìn)行監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整，指導(dǎo)基坑開(kāi)挖支護(hù)作業(yè)，無(wú)疑為“雙保險(xiǎn)”。