軸力伺服系統(tǒng)在軟土明挖基坑中的變形控制

黃祖超

(無錫地鐵集團有限公司，江蘇 無錫 214000)

1 概述

目前深基坑工程規(guī)模[1]越來越大，且施工多以明挖順作法為主，施工區(qū)域周邊往往會有已建成的地鐵、民房、辦公樓、保護建筑、重要管線等需要保護。深基坑施工過程中若不進行嚴格的變形控制，將會影響臨近建構(gòu)筑物的正常使用，所造成的經(jīng)濟損失和社會損失不可估量。目前深基坑施工采用的主要支撐方式分為鋼筋混凝土支撐和鋼支撐。新型的鋼支撐軸力伺服新系統(tǒng)將機械自動控制裝置、信息化控制中心、實時信息傳遞系統(tǒng)等結(jié)合在一起，能夠利用地面控制中心和手機APP等設(shè)備實現(xiàn)對現(xiàn)場軸力的實時監(jiān)測，當(dāng)軸力過大或過小時，可及時通過自動或手動控制裝置對軸力進行調(diào)整，從而達到控制基坑變形的目的。

2 工程概況

上海地鐵18號線工程土建工程10標(biāo)芳芯路站位于上海市浦東新區(qū)，本站為地下3層車站。車站的主體圍護結(jié)構(gòu)為地下連續(xù)墻(1.2 m厚，50 m深)+內(nèi)支撐型式?？觾?nèi)采用高壓旋噴樁抽條+裙邊加固(第三、五道混凝土支撐下方均設(shè)置抽條加固)。

基坑標(biāo)準段設(shè)七道支撐(第一、三、五道采用鋼筋混凝土支撐，其余均為鋼管支撐)，端頭井設(shè)八道支撐(第一、三、五道采用鋼筋混凝土支撐，其余均為鋼管支撐)。其中標(biāo)準段和端頭井第二道鋼支撐為φ609，t=16鋼支撐，其余鋼支撐均為φ800，t=20鋼支撐。芳芯路站車站主體基坑開挖深度為25.16 m(標(biāo)準段)～26.69 m(北端頭井)～27.02 m(南端頭井)，在1軸～13軸位置采用了軸力伺服系統(tǒng)。在深基坑開挖的過程中，由于基坑附近的土體變形導(dǎo)致周圍的設(shè)施、基礎(chǔ)以及道路產(chǎn)生位移或沉降，影響周邊各類設(shè)施和房屋的安全。車站施工時需保護的主要鄰近建、構(gòu)筑物資料見表1。

表1 周邊建筑物一覽表

3 鋼支撐軸力伺服系統(tǒng)介紹

鋼支撐軸力伺服系統(tǒng)[2-4]由液壓控制模塊(地面的液壓站和鋼支撐頂端的液壓千斤頂)、固件控制系統(tǒng)(PLC控制柜)和自動控制軟件(PC系統(tǒng))組成[5]，通過將機械自動控制裝置、信息化控制中心、實時信息傳遞系統(tǒng)等結(jié)合在一起，對軸力進行實時監(jiān)測，并通過自動模式或手動模式對軸力進行調(diào)整，控制基坑變形，保證周邊設(shè)施、房屋等的穩(wěn)定。

目前國內(nèi)的伺服系統(tǒng)通常應(yīng)用在周邊有重要建構(gòu)筑物的項目，如有老舊建筑、保護性文物遺址、鐵路線或地鐵線等臨近物。

4 理論分析

鋼支撐軸力伺服系統(tǒng)目前應(yīng)用較少，可供參考的經(jīng)驗不多。不同的伺服系統(tǒng)作用原理有所區(qū)別，在不同的車站工況下效果也不盡相同。

為了模擬鋼支撐軸力伺服系統(tǒng)的運用對圍護結(jié)構(gòu)測斜產(chǎn)生的影響，選擇同一個深基坑的不同情況分別建立模型：1)情況1：鋼支撐均采用軸力伺服系統(tǒng)；2)情況2：軸力伺服系統(tǒng)和普通鋼支撐共同作用；3)情況3：普通鋼支撐作用。

5 實際測試

上海軌道交通18號線10標(biāo)芳芯路站作為一級基坑，1軸～13軸采用軸力伺服系統(tǒng)，13軸～14軸為過渡段，14軸～20軸采用普通鋼支撐。普通鋼支撐根據(jù)設(shè)計要求，預(yù)加軸力70%，后續(xù)根據(jù)軸力監(jiān)測情況及變形情況多次復(fù)加軸力。采用軸力伺服系統(tǒng)的鋼支撐預(yù)加軸力為設(shè)計值的100%。伺服系統(tǒng)可設(shè)置軸力下限值，軸力較為穩(wěn)定。但軸力受溫度影響較大，晝夜軸力變化值最大可達50 t～60 t，施工時尤為需要注意。芳芯路站主體結(jié)構(gòu)基坑標(biāo)準段軸力伺服鋼支撐軸力見表2。

表2 標(biāo)準段軸力伺服鋼支撐軸力基準值

墻體測斜情況見表3。

根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，軸力伺服段墻體測斜最大為25.67 mm，過渡段為32.41 mm，普通鋼支撐段32.65 mm。

6 對比分析

根據(jù)上海市基坑施工技術(shù)規(guī)范要求，一級基坑圍護結(jié)構(gòu)最大位移報警值為1.4‰，控制值為3‰。芳芯路站采用軸力伺服系統(tǒng)的基坑部分圍護結(jié)構(gòu)墻體測斜最大為1.02‰，測斜平均變化為0.94‰。采用軸力伺服系統(tǒng)有效的控制了基坑變形，開挖階段圍護結(jié)構(gòu)的變形滿足規(guī)范和設(shè)計要求。此外，對比分析實際施工數(shù)據(jù)，芳芯路站的基坑過渡段數(shù)據(jù)與普通鋼支撐段變形相差無幾，與整體使用鋼支撐段相比，數(shù)據(jù)相差較大。因此，軸力伺服系統(tǒng)的使用，以整體使用為宜，單獨使用或混合使用，會造成軸力的損失，進而影響基坑變形。

表3 墻體測斜數(shù)值

7 結(jié)語

隨著城市建設(shè)不斷發(fā)展，在地鐵車站深基坑施工中，周邊往往有已建成的地鐵、民房、辦公樓、保護建筑、重要管線等，是基坑施工過程中的主要風(fēng)險源，往往需要投入大量的資源對其進行保護。鋼支撐作為一種常用的支撐體系，在深基坑中被廣泛應(yīng)用，但傳統(tǒng)鋼支撐架設(shè)后，軸力往往有所損失，對基坑的支護作用降低。采用軸力伺服系統(tǒng)，通過將機械自動控制裝置、信息化控制中心、實時信息傳遞系統(tǒng)等結(jié)合在一起，對軸力進行實時監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測情況，可及時通過自動或手動控制裝置對軸力進行調(diào)整，從而達到控制基坑變形的目的，降低施工風(fēng)險，加強對周邊設(shè)施的保護。 通過芳芯路站主體基坑的應(yīng)用實踐，證明了軸力伺服系統(tǒng)對控制基坑變形的有效性和實用性。