钢支撑轴力伺服系统在深基坑施工中的应用

江岩明

（苏州市轨道交通集团有限公司）

1 工程概况

苏州轨道交通3号线宝带东路站，位于宝带东路和东吴北路交叉路口，为地下三层岛式换乘车站，本站外包长度为487m，标准段宽度23.1m，标准段开挖深度为25.5m。原设计采用地下连续墙+内支撑围护结构体系，支撑为两道混凝土支撑和五道A609钢支撑，采用半幅盖挖法顺作施工。

2 轴力伺服系统概述

近年来，自动控制伺服系统在理论和工程上取得了快速发展和广泛运用，本文根据自动控制的伺服系统原理，将其应用于深基坑钢支撑的轴力控制中，将深基坑钢支撑的轴力由被动受压和松弛的变形转变为主动加压调控变形，根据紧临深基坑保护对象的变形控制要求，主动进行基坑围护结构的变形调控，以满足紧临深基坑保护对象的安全使用。

钢支撑轴力伺服系统包括液压泵站和液压千斤顶组成的液压系统模块和由自动控制硬件设备及计算机软件组成的自动控制系统模块组成。

液压系统由机械单向自锁液压千斤顶、液压泵、比例减压及放大配电柜、液压油管和线缆及压力传感器组成。自动控制系统由工控计算机、信号通讯转唤器、PLC模块、控制柜及UPS电池柜等硬件设备和计算机控制软件组成。

3 工程重难点

宝带东路站基坑开挖较深，地质复杂，含有大量④2、⑦2粉砂，部分中间夹杂⑤1粉质粘土，地下连续墙最深达59.5m，成槽困难，加上多次管线迁改、交通导改，存在多处冷接缝，后期开挖风险比较高。

宝带东路站支撑形式为两道混凝土支撑+5道φ609钢支撑，钢支撑端部采用可复加轴力活络接头，以满足基坑开挖施工的要求。钢支撑在受力过程中会出现由应力松弛引起的轴力损失，需要重新安装千斤顶并加载进行轴力复加。轴力损失过程中，地下连续墙发生变形，地表沉降、建筑物沉降数据增大，而汇盛花苑房屋距离基坑较近，最近处约9m，为多年浅基础建筑，对沉降要求严格。

4 基坑变形监测数据分析与比较

4.1 无伺服系统钢支撑基坑变形

基坑开挖时严格按照设计以及方案进行施工，施工时围绕“逐层开挖，随挖随撑”的核心措施，通过减小纵向开挖长度、竖向开挖步矩以及加强支撑轴力的方式来控制基坑变形。

以东区47～48轴开挖时为例：第一次开挖长度为6m，开挖深度为3.4m；第二次开挖3m，开挖深度为3.4m，逐层开挖，自开始土方开挖至第二道混凝土支撑施工前，测斜数据持续增大，在第二道混凝土支撑施工完成后变形趋于稳定，测斜累计最大在40mm左右，待后续土方开挖后测斜继续增大，待底板垫层浇筑后趋于稳定，测斜累计最大在110mm左右。

4.2 有伺服系统钢支撑基坑变形

宝带东路站16～27轴第六道、第七道钢支撑采用带伺服系统的钢支撑，开挖前的数据认证采集后，每天对开挖过程进行记录，包括开挖部位、开挖深度、开挖时长、支撑架设时间、开挖前到支撑架设后地下连续墙变形量等进行详细记录，认真分析，与之前使用无伺服系统钢支撑变形量进行对比，制定当日开挖计划。

4.3 有伺服系统和无伺服系统的基坑变形对比分析

图1 北侧基坑有、无伺服开挖每层土基坑变形对比

图2 南侧基坑有、无伺服开挖每层土基坑变形对比

橙色为无伺服系统钢支撑基坑变形数据，蓝色为有伺服系统钢支撑基坑变形数据，通过对比发现在土方开挖过程中有伺服系统钢支撑基坑变形比无伺服系统钢支撑基坑变形要小的多，可以显著减小基坑变形。

5 基坑变形对周边地表的影响

图3 有伺服系统开挖对周边影响

由图3可以看出，有伺服系统钢支撑断面在开挖第五、六层土方时测斜数据稳定，地表、建筑物未发生沉降；开挖第七层土方施工垫层、底板时，基坑有变形，对应地表、建筑物有沉降。

图4 无伺服系统开挖对周边影响

由图4可以看出，无伺服系统基坑断面开挖第五-七层土方时基坑均发生变形，底板浇筑后变形稳定，对应地表随测斜数据增大沉降增大，土方开挖结束后还有沉降趋势。

6 总结

地铁深基坑施工中钢支撑轴力伺服系统能够有效弥补钢支撑轴力容易损失的缺点，将深基坑钢支撑的轴力由被动受压和松弛的变形转变为主动加压调控变形，能够有效的控制基坑变形，进而控制周边建筑物沉降，以满足紧临深基坑保护对象的安全使用。