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钢支撑在控制桥墩变形中的妙用

342 2020-09-07 11:42:57

地铁建设如何保证周边建筑物不受有害扰动,一直是巨大难题。深圳地铁和平站深基坑紧邻穗莞深城际线桥墩,桥墩控制性变形要求小于2mm。深圳地铁集团高度重视,和中电建南方公司一道研究,决定采用钢支撑轴力伺服技术,按需调节支撑长度,主动控制基坑围护结构变形,进而控制紧邻基坑桥墩变形。

       目前,深圳地铁12号线和平站车站主体结构已经接近完成,钢支撑轴力伺服系统发挥重要作用,取得了紧邻深基坑桥墩0.7mm变形的优异效果,为今后深圳地铁乃至深圳市其它民建深基坑工程变形控制宝贵案例。


和平站概况

深圳地铁12号线和平站位于松福大道与桥和路交叉路口,沿桥和路下方呈东西向布置。本站为地下两层岛式车站,地下一层为站厅层,地下二层为站台层。车站站台宽12m,有效站台长度140米,车站总长230.5m,标准段宽度21.1m,标准段结构形式为地下二层单柱双跨钢筋混凝土框架结构。车站周边建筑物密集,与正在施工的穗莞深城际线(高架)换乘。

和平站特点

穗莞深城际铁路开通在即,须在开通前完成桥下部分基坑顶板,工期紧迫。

穗莞深城际铁路桥墩水平位移控制<2mm,沉降<-2mm。

周边房屋众多,厂房密布,商铺林立,人流密集。

工期紧、任务重,尽早完工,还路于民。

周边房屋距离基坑最小距离9.5米,平均距离15米。

和平站基坑深度16.8~18.7m,标准段竖向设置3道支撑,下穿穗莞深城际铁路段采用5道支撑+1道换撑。和平站北侧基坑边线距离穗莞深城际铁路30#桥墩8.6m,距离南侧31#桥墩为19.6m。常规支撑方式,不能满足施工工期、围护结构位移和变形控制要求。

普通支撑的劣势

•普通钢支撑在安装时用液压设备施加预应力,打入钢楔块进行锁定,锁定过程中即产生轴力损失,且后续无法调整。

•普通钢支撑轴力变化取决于地连墙变形,处于被动受力状态。


相比较普通钢支撑在地连墙变形后的被动受力

轴力伺服钢支撑

对地连墙进行主动加载抑制其变形

支撑轴力伺服系统

支撑轴力伺服系统是由硬件设备和软件程序共同组成的一套智能基坑水平位移控制系统,它适用于基坑开挖过程中对基坑侧壁的变形有严格控制要求的工程项目,可以24小时实时监控,低压自动伺服、高压自动报警,对基坑提供全方位多重安全保障。

支撑轴力伺服系统的构成

程控主机

显示器(位于项目部的监控室内)

数控泵站(位于基坑边施工方案指定的位置) 

支撑头总成(与钢支撑连接固定于基坑侧壁上设计指定的位置)

管理平台(通过程控主机安装的软件系统展示在显示器上)


支撑轴力伺服系统的硬件部分主要由程控主机、数控泵站、支撑头总成三部分组成。数据泵站作为中间纽带将程控主机和支撑头总成连接起来,在两者之间进行信息的传递,实现人对钢支撑轴力的测控。


程控主机采用高性能多I/O嵌入式电脑ABOX-700,用户可通过程控主机远程实时控制多台数控泵站,并随时查看各数控泵站反馈的压力和位移等数据,对钢支撑的轴力进行控制。每套系统仅需一台程控主机。


数控泵站也称为控制柜,由一系列机械及电子的元器件组成,数控泵站工作的核心组成为PLC控制器、变频电机、液压泵和无线通讯模块,还包括液压阀组件、电源组件、交流接触器、线缆及油管的接口等。


支撑头总成与钢支撑连接,并安装在基坑围护结构的设计指定位置。它与数控泵站是通过油管、线缆连接进行工作的。支撑头总成内部包含千斤顶(可根据实际工程需要配备相应吨位规格),用以对钢支撑施加轴力。

支撑头总成在千斤顶两端对称设有机械锁作为突发状况时的系统安全保障,机械锁连接前端加强板和千斤顶一同作为基坑侧壁的受力面。

支撑轴力伺服系统软件平台

支撑轴力伺服系统的轴力与位移数据物联网管理平台是基于W e b技术的网络化行业应用程序,为土木工程深基坑开挖施工提供的一套系统化的安全控制及解决方案。平台将钢支撑的轴力与位移数据统一管理,系统化分析施工工程安全性,提供全方位全天候管理,确保工程风险快速展现,并进行及时应急处理,防患于未然。














·实际成效 ·

①在和平站与穗莞深高速铁路桥下深基坑施工采用钢支撑自动补偿系统,在基坑开挖阶段可以对损失的钢支撑轴力进行自动补偿,有效地控制了基坑开挖引起的围护结构变形及坑外淤泥软弱地层变形,对临近高速铁路桥墩的位移起到了良好的控制效果。

②实时对钢支撑的轴力和端头位移进行实时监测,超过警戒值时及时预警,并通过监测情况及时对支撑施加轴力,控制围护结构变形及周边地层扰动,有效地保障了基坑围护结构的安全。

③监控量测结果可直接在远程控制室实时查看,无需人工专门读数,节省了后续量测所需的人力。

④安装的超声波位移传感器用于监测钢支撑位移,支撑端头下方的连墙上安装的激光位移收敛计用于监测地连墙的双侧收敛位移,两个结果相互校核,使监测的结果具有更高的精度。


和平站夜景

深圳地铁和中国电建将以此成功案例为依据,对可伸缩轴力伺服内支撑基坑支护结构设计理论和控制方法进行研究,为该项技术的稳健利用和推广奠定理论基础。


—中电建南方建设投资有限公司—

供稿:深圳地铁12号线土建七工区