超长边临地铁深基坑施工技术.pdf

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1、 超长边临地铁深基坑施工技术 第一章 工程概况 1.1施工概述 本协和城二期北地块工程位于静安区永源路，周边环境复杂，基坑属于超长邻地铁窄形基坑，地铁2号线横穿本工程，邻地铁基坑长度近300m，且与地铁隧道最近处只有6m；而大坑（主基坑）基坑开挖深度达到17.15m(地下四层)，邻地铁小坑（副基坑）开挖深度13.85米(地下四层)，开挖风险及难度大。图1.1-1基坑开挖平面图 0.0 0(+3.4 0)3 0 0 厚 素 砼 垫 层1 0 0 0 地 下 墙墙 深 4 2 m-4 2.1 5墙 底 标 高钢 筋 混 凝 土 支 撑钢 筋 混 凝 土 支 撑钢 筋 混 凝 土 支 撑钢 筋 混

2、凝 土 支 撑1 0 0 0 01 0 0 0 01 0 0 0 地 下 墙墙 深 3 1 m-3 1.1 5墙 底 标 高?8 5 0 S M W 槽 壁 加 固 工 法 桩桩 长 3 1 m 0.0 0 楼 板 与 圈 梁 预 留 插 筋坑 底 以 上 6.5 m 至 坑 底 以 下 4 mS M W 搅 拌 桩 抽 条 加 固（结 合 支 撑 位 置）53隔 离 桩 防 护 带-3 0.1 5桩 底 标 高-1 3.8 5(-1 0.4 5)填 土1粘 土粉 质 粘 土62粉 砂772粘 质 粉 土淤 泥 质 粘 质 粉 土淤 泥 质 粘 土粉 细 砂4粉 质 粘 土51-0.1 5(+

3、3.2 5)(自 然 地 面)2500700500070006900720039008200地 铁 二 号 线 隧 道距 离 隧 道 7 3 0 0 1 2 4 0 0隧 道 中 心 间 距 约 1 5 0 0 0隧道顶埋深 14.0m-1 3.9(-1 0.5)隧 道 顶 标 高9800-1 7.1 5(-1 3.7 5)170001 0 0 0 地 下 墙墙 深 4 2 m-4 2.1 5墙 底 标 高35003500400045001500 图1.1-2基坑开挖剖面图 1.2基础、围护概况 1.2.1工程桩基 本工程基础工程桩采用钢筋混凝土钻孔灌注桩。1.2.2基坑划分 根据招标文件中关

4、于本市协和城二期北地块项目基坑的划分，本项目被场地中间的地铁二号线分割成两个独立基坑，其中东侧基坑为区、区又分成1个主基坑及4个副基坑，西侧基坑为区、区又分成1个主基坑及2个副基坑。其中主基坑为远离地铁二号线侧，副基坑为靠近地铁二号线侧。1.2.3基坑开挖深度 区及区主基坑开挖深度为17.15m，区及区副基坑开挖深度为13.85m（局部电梯井、集水井落深区域除外）。地下室结构采用明挖顺作法施工。1.2.4围护结构 本工程基坑围护结构采用1.0m厚地下连续墙。a、基坑开挖深度为17.15m区域，地下连续墙墙深42m b、基坑开挖深度为13.85m区域，地下连续墙墙深31m c、深浅坑中间的分隔墙

5、墙深42m，浅坑互相间的分隔墙墙深31m。d、基坑临周边建筑处采用400树根桩作为隔离措施。e、为防止地下连续墙在成槽过程中可能产生的土体塌陷，在地下连续墙两侧采用850600三轴水泥土搅拌桩进行土体加固，临地铁侧搅拌桩为双排、其余侧搅拌桩为单排，搅拌桩桩长31m。1.2.5支撑体系（1）、区主基坑 基坑内设置四道水平向钢砼支撑，支撑呈对撑形式，第一道支撑局部兼作施工栈桥。第一道支撑中心标高为-0.70m（自然地面标高为0.00m，下同），第二道支撑中心标高为-6.0m，第三道支撑中心标高为-10.0m，第四道支撑中心标高为-13.5m。（2）、区副基坑 基坑内设置四道水平向支撑，其中第一道为

6、钢砼支撑，第二第四道为609钢管支撑，支撑呈对撑形式。第一道支撑中心标高为-0.70m，第二道支撑中心标高为-4.4m，第三道支撑中心标高为-7.7m，第四道支撑中心标高为-10.7m。1.2.6支撑立柱 采用型钢格构柱加钻孔灌注桩（尽量利用工程桩）作为支撑立柱，格构柱插入钻孔灌注桩2.53.0m。1.2.7地基加固 为了控制基坑变形，确保基坑安全，基坑内采用850600三轴水泥土搅拌桩进行土体加固。加固形式有裙边或抽条加固。1.3围护结构控制指标 1.3.1围护结构监测控制目标值 表1.3-1 围护结构监测控制目标值 监测项目 报警值 邻地铁 中隔墙侧 其余侧 围护结构顶部沉降及位移 10m

7、m，1mm/天 20mm，2mm/天 15mm，2mm/天 围护结构测斜 15mm，1mm/天 30mm，3mm/天 25mm，2mm/天 坑外地表沉降 10mm，1mm/天/20mm，2mm/天 1.3.2地铁保护变形控制目标值 表1.3-2 地铁保护变形控制目标值 主控项目 控制报警值 两轨道横向高差 4mm 轨向偏差和高低差最大尺度值 4mm/10m 结构横向差异沉降 4 施工引起的地铁结构变形速率 0.5mm/day 靠近地铁一侧的基坑围护结构变形最大位移 1mm/day 监测值超过日监控指标或总变形量的1/2 表1.3-3 地铁保护分阶段变形控制目标值 控制指标 大坑施工阶段 小坑施

8、工阶段 隔墙拆除阶段 地铁结构的水平位移10mm 5mm 3mm 2mm 地铁结构的沉降总量8.5mm 4mm 4mm 0.5mm 其他：1、地铁运营线路保护要求：两轨道横向高差4mm，轨向偏差和高低差最大尺度值4mm/10m。2、地铁隧道结构变形要求：结构变形曲线的曲率半径15000m，相对变曲1/2500。3、地铁结构变形速率0.5mm/day，且不得影响其安全正常使用，隧道与车站的差异沉降控制在 5mm以内。第二章 地下结构施工控制降水技术 2.1概述 2.1.1场区水文地质环境状况 根据本工程 岩土工程勘察报告 拟建场地在详勘所揭露90.45m深度范围内的地基土主要由饱和粘性土、粉性土

9、和砂土组成，根据土的成因、结构及物理力学性指标综合分析，共可划分成9个主要层次。图2.1-1 本工程典型地质剖面图 本地下水类型主要为松散岩类孔隙水。孔隙水按形成时代、成因和水理特征可划分为潜水含水层、承压含水层，对本工程有影响的地下水类型可分为潜水和承压水。（1）潜水 潜水一般分布于浅部土层中，补给来源主要有大气降水入渗及地表水迳流侧向补给，其排泄方式以蒸发消耗为主。浅部土层中的潜水位埋深，一般离地表面0.31.5m，年平均地下水水位埋深离地表面0.50.7m。由于潜水与大气降水和地表水的关系十分密切，故水位呈季节性波动。勘察期间测得的地下水静止水位埋深一般为1.101.90m（相应标高为2

10、.331.46m）。（2）承压水 本工程承压水主要分布于第及第层，对本工程有影响的承压含水层主要为第层中承压水。根据本地区的区域资料，承压水埋深一般在3.011.0m，均低于潜水水位，并呈年周期性变化。承压含水层顶板埋深大约为32.50m，含水层厚大约为18.0m，抽水试验期间，地下水水位平均埋深为8.46m。考虑到水位的季节性变动，设计计算时，水位按5.00m考虑。2.1.2周边环境状况 场地的东、西、北三面部分为上世纪2040年代的23层砖木结构房屋（优秀历史保护建筑），大部分为大放脚基础，部分为上世纪80、90年代的56层砖混结构房屋。靠近本路站与静安寺站之间为已建成运行的地铁2号线，基

11、坑最近处离地铁约6米。2.1.3基坑降水必要性分析及降水设计总体思路(1)工程现状 1、第层土为淤泥质粉质粘土，土质较软且不均匀，基坑开挖时容易产生塌方、管涌、流砂等不良地质现象；2、第层淤泥质粘土为流塑状，压缩性大，灵敏度高，对基坑稳定极为不利；3、在进行土方开挖至坑底时候，坑底距承压含水层较近，坑底土自重小于承压水压力。(2)降水必要性 1、降低承压含水层的水头，确保基坑底板稳定，避免承压水击穿底板；2、疏干基坑开挖层的地下水，尽可能的降低开挖层土体的含水量，确保开挖出土时不对环境造成影响。(3)降水设计总体思路 地铁二号线贯通本工程，将基坑划分成独立的两个深基坑，北区与北区。基坑围护设计

12、采用地下连续墙配合三轴搅拌桩止水帷幕，局部区域增加树根桩进行加固。根据场地水文地质条件、基坑围护方法及土方开挖，本着“技术先进、经济合理”的原则，基坑降水采用“潜水疏干+承压水减压”相结合的方法，来达到降水目的。2.1.4基坑降水具体设计方案概述(1)北区降水设计方案 1、减压井布置 根据计算需要在北区内布置3口降压井（另增加一口备用），可以将水位降至安全承压水位以下。2、疏干井布置 以150平米范围布置一口疏干井为原则。本区基坑开挖面积约5974m2；考虑到避让加固区域，实际有效降水面积3239m2。布置疏干井数量为22口；根据基坑开挖深度及地层分布特征，确定疏干井深度为18.00m及22.

13、00m。北区基坑降水井平面布置图：图2.1-2 北区基坑降水井平面布置图(2)北区降水设计方案 1、减压井布置 根据计算需要在北区内布置2口降压井（另增加一口备用），可以将水位降至安全承压水位以下。2、裙楼疏干井布置 以150平米范围布置一口疏干井为原则。本区基坑开挖面积约2397m2；考虑到避让加固区域，实际有效降水面积1350m2。避开加固区，布置疏干井数量为9口；根据基坑开挖深度及地层分布特征，确定疏干井深度为14.00m及22.00m。北区基坑降水井平面布置图：图2.1-3 北区基坑降水井平面布置图 本工程降水工作量详见下表：表1.4-1 本工程降水工作量详细表 名称 数量 孔径mm

14、井径mm 滤管埋深m 孔深m 坑内减压井及观测井 7 650 273 33-39 40 坑外观测井 2 550 219 33-37 38 疏干井 5 600 273 4-13 14 3 600 273 4-10，12-17 18 23 600 273 4-10，12-16，18-21 22 2.2关键技术 2.2.1疏干井真空预降水施工技术(1)疏干井构造设计 疏干井采用双滤头过滤器，除首层从4m开挖位置设置滤管，下部开始每隔2m设置一道滤管，以保证孔隙水易于渗入井管内，确保疏干井的出水量。疏干井的构造设计详见下附图：图2.2-1 疏干井构造设计(2)疏干井运行控制技术 勘察报告显示本基坑工程

15、地下水比较丰富，含水量较大，为了给土方开挖创造良好的施工环境，采用真空降水，同时在土方开挖前1520天即开始提前进行预降水，在后期土方开挖施工中，土体干燥程度明显得到较大改善，确保了下道工序的施工。随开挖深度的加深可割除上部井管，水泵在疏干时可随井内水位即时开泵与关泵。2.2.2减压井运行动态控制施工技术 图2.2-2 减压井构造设计 为了减小承压水对环境的影响，减压井的运行可随基坑开挖深度增加再逐步降低承压水头，这样既能达到控制承压水水头，又最大程度的降低了降水对周边环境的影响。2.2.3降水应急措施施工管理技术 降水成功与否直接关系到整个工程的安全，所以在施工过程中不能忽视一些影响降水安全

16、的因素。（1）电源保证 为了保证不间断降水，在施工现场除提供一路工业用电外，另外配备一台柴油发电机，发电量为75KW，为了保证柴油发电机处于完好状态，还应定期（12周）试运行一次，发电机进行模拟演习，保证应急时柴油发电机必须能够即时发动供电，施工现场临时用电电路采用双向闸刀，以确保工业电与柴油发电机供电自由切换，保证应急时必须全部发动供电，保证在基坑开挖过程中降水不得中断。（2）排水保证 排水是否正常将直接影响降水运行，根据降水最高峰分析，每小时最高排水量大约200吨，所以施工现场必须合理布置排水沟，以能够迅速将大量地下水排入城市管道中。（3）井管保护 基坑开挖时注意保护降水井管，降水井管一般

17、直径219273mm，壁厚3-4mm，管材强度不是很高，经不起一些机械设备的碰撞和冲击，降水单位必须保证井管连接的焊接质量。坑内挖土时，挖机等不要直接碰撞坑内井管，井周边的土不得用挖机操作，可以人工扦土，并要有专人指挥。坑内所有井的孔位根据深基坑的支撑图正确定位，不能与设计的支撑相碰，并最终固定在支撑附近。对每口井设置醒目标志，并且对可能受车辆行走的电缆线以及管路部位加以防护，并且抽水人员加强对现场的巡视力度。（4）监测措施 因基坑开挖深度比较深，必须委托专业监测单位对基坑围护结构和周边环境进行监测，加强信息化施工，监测数据必须提交一份给降水单位，对周边环境出现异常情况，监测单位必须通知降水单

18、位，使降水单位根据数据实时调整抽水井数以及抽水井位置。在合理的工作程序下，基坑开挖应加快进度，让基坑暴露的时间缩短，减少因开挖产生的沉降变形量。同时当基坑开挖时发现疏干深井的单井出水量没有显著的减少时应考虑地墙是否渗漏，发现地墙渗水的地方，及时阻漏，减少上层粘土层的固结变形，而引起基坑外水位的变化。2.3技术要点 2.3.1按需降水 根据基坑开挖、地下水情况以及天气情况，在不影响施工的前提下，不断调整降水井工作数量，按需降水，尽量减小降水对周边建筑、基坑以及地铁变形。2.3.2疏干井双滤管设计 疏干降水井井身采用双滤管设计，这种设计主要有单井出水量大、降水效果好、不易堵管等优点，很好的结合了场

19、区地层分布的特点，同时在降水时间上施行提前预降的措施，使的最终的降水效果非常明显，给后续工作提供了良好的施工条件。2.3.3疏干井与减压井的合理配置 本工程根据土方开挖的逐步推进，基坑降水也分步分期进行，在某一时段以某一种降水方法为主，避免基坑无控制的超降水，随开挖逐步降低承压水头，以减少对周围环境的影响。2.4降水实施效果及影响分析 2.4.1减压降水引起的地面沉降初评 近二十多年来本深层（针对第层及其以下层）降水实践经验证明，深层降水对地面沉降的影响是较小的，成井和降水运行管理控制得好，抽水结束后大部分可以回弹，由于降水引起的承压水头降落漏斗的坡度不大，对建、构筑物产生的差异沉降可以忽略不

20、计，不会影响其安全性。但应布置监测点，随时注意这些重要建筑物的地基变形情况。2.4.2减压降水引起的地面沉降控制 1、临近建筑物和地下管线的减压井抽水时间应尽量缩短。2、采用信息化施工，对周围环境进行监测，发现问题及时调整抽水井数量及抽水流量，以指导降水运行。3、监测资料及时报送降水项目部，以绘制相关的图表、曲线，调控降水运行程序。4、鉴于减压降水引起的地面沉降对周边环境的影响，必要时启动回灌措施对周边环境进行保护。5、在降水运行过程中随开挖深度逐步降低承压水头，根据抽水试验得到的参数，计算不同井群组合下坑内地下水的深度，随基坑开挖深度确定井群的运行。在控制承压水头足以满足开挖基坑稳定性要求的

21、前提下，尽量减小承压水位降深，以尽量减小和控制降水对环境的影响。6、对各种管线、要保护的建筑、已建成的隧道等，必须由专业监测单位进行监测。7、基坑施工过程中，如地下连续墙发生渗漏或严重渗漏，应及时采取封堵措施，以避免导致基坑外侧浅层潜水位发生较大幅度下降以及由此引起的严重的地面沉降。2.4.3减压降水引起的地面沉降预测分析 采用下列经典弹性地面沉降公式进行降水引起的地面沉降预测计算：0vwbb m sF 式中：b地层压缩量，m 0b地层初始厚度，m vm体积压缩系数，MPa-1，各参数值参考勘察报告。s承压水位降深，m w地下水重度，取10.0 kN/m3 F沉降经验系数，其取值与土性及降水持

22、续时间有关 基坑开挖过程中，对基坑减压降水对周边环境的影响作了如下预测：北-1区减压井群持续抽水50天后，因减压降水引起的基坑外侧相邻地面的沉降预测等值线如图12所示；北-1区减压井群持续抽水50天后，因减压降水引起的基坑外侧相邻地面的沉降预测等值线如图13所示。图2.4-1 北-1区减压降水持续50天后预测地面沉降等值线图（mm）图2.4-2 北-1区减压降水持续50天后预测地面沉降等值线图（mm）预测计算结果表明：北-1区因减压降水引起的地铁2号线区间隧道最大沉降量为4.0mm；北-1区因减压降水引起的坑外最大沉降量为4.5mm；北-1区因减压降水引起的地铁2号线区间隧道最大沉降量为3.0

23、mm；北-1区因减压降水引起的坑外最大沉降量为2.8mm；在施工过程中需要根据开挖工况“按需减压降水”，尽量减少减压降水对周边环境的影响。2.4.4 回灌措施 地面因降水影响会发生沉降变形，考虑到基坑边有运行中的地铁二号线，在基坑降水运行时，紧急情况下基坑外侧拟布置数口回灌井，减少降水运行对坑外二号线的沉降影响。把水注入回灌井里，井周围的地下水位就会不断地上升，由于回灌井中的回灌水位与地下水位的静水位形成一个水头差，注入回灌井里的水才有可能向含水层里渗流。当渗流量与注入量保持平衡时则回灌水位就不再继续上升而稳定下来，此时在回灌井周围形成一个水位的上升锥，其形状与抽水的下降漏斗十分相似，只是方向

24、正好相反。基坑外侧布置数口回灌井可以减少降水运行对基坑周边环境的沉降影响。2.4.5 降水监测 基坑降水过程中，监测单位将监测数据不间断报送施工各方，对比施工数据进行相关分析。如果出现异常情况，及时采取相关措施。第三章 邻地铁基坑土方开挖施工技术 3.1工程进度管理 本工程基坑分为主副坑（大小坑）分阶段开挖，邻地铁小坑（副坑）在大坑（主坑）完成、地下室结构施工完成之后开始进行基坑开挖。3.2基坑开挖及素砼隔墙凿除 3.2.1大坑开挖 大坑开挖深度17.15m，四道砼支撑，共五层土方开挖。北-1与北-1基坑，基坑开挖的思路基本一致，根据大坑中的素砼隔墙对基坑进行分割，分阶段分层次进行开挖，减小基

25、坑边形。如下图所示，为北-1、-1区基坑开挖及素砼隔墙凿除顺序。4区3区2区1区5区1区2区3区4区5区施工顺序：素砼分隔墙凿除顺序：图3.2-1 北-1区基坑开挖顺序 1#分隔墙2#分隔墙-a12-b-a-b-a-b-b-a-b-a-b-a-b-a-b1-b11122222222-a-b-b-a111111 图3.2-2 北-1区基坑开挖顺序 大坑开挖四道支撑全部采用砼支撑，施工工程中优先形成对撑，基坑开挖以为每条主对撑为一个段，土方有中央区段，分2个工作面向基坑东西两侧推进，充分发挥时空效益，严格遵循采取随挖随撑，确保每根对撑的形成时间。施工前对每条支撑施工，进行详细的规划，计划到每天、每

26、个小时，基坑施工阶段将严格遵循每日计划进行施工。随着监测的数据随时调整施工方案。首层土方开挖高度仅1.3m，采取大开挖形式进行开挖。二层土方开挖采取“土方扩散推进，支撑动态形成”的方法进行施工。在土方插入阶段，第一个工作面分区工作面打开之后，不立刻插入支撑的施工，挖机将利用此工作面作为挖机的开挖及转运平台继续向前推进开挖。当相邻的两个分区工作面被打开以后，再插入支撑施工，支撑采取整条浇筑。支撑相比土方开挖将滞后于开挖1天左右的时间。支撑与土方保持一个分块的距离的动态形成。为了方便整体快速施工，三层土方开挖之初也采取了二层土方开挖方法，打开工作面。但随着深 度加深，基坑变形逐步增大，必须采取掏槽

27、施工，优先形成对撑，保证基坑的安全。四层土方开挖初期为了使挖机能够沉到第三道支撑下面形成工作面，同样采取二层土方的开挖方法，形成足够的挖机工作面再开始区域掏槽施工，保证基坑安全。土方进入至于第四层阶段，直接挖深已达到13m，通过以上几层监测数据情况看来，素砼隔墙在控制变形上起到了至关重要的作用。故在本层隔墙拆除时，我司选择留墙护壁的形式进行施工。施工至地墙附近，地墙左右各留下一条支撑后施工。待两侧支撑施工至一定程度后，再集中力量，凿出隔墙，隔墙及隔墙两侧的三根支撑同时施工，起到了良好的效果。五层土方开挖与四层土方开挖类似，不过五层土方开挖深度深，速度比较慢，而且五层土方开挖下面无支撑，为垫层及

28、底板施工。土方开挖不能采用掏槽施工，但又要保证基坑安全，必须迅速浇筑垫层砼，所以五层土方开挖必须采用分块开挖，开挖完成平整后必须速度浇砼。由于深度深，取土比较慢，五层土方开挖采用小挖机将土体周转，保证各分区按顺序速度浇筑垫层。3.2.2小坑开挖 本工程小坑共有：北-2、3、4、5、北-2、3六个小坑，基坑开挖深度14.05m，其中北-2小坑采用三道砼支撑，基坑施工方法与大坑类似，剩余5个小坑支撑形式采用：首道为砼支撑，24道609钢管撑，其中3、4道钢管撑使用油压泵应力伺服系统。小坑开挖过程中对小坑进行分阶段分批次跳仓开挖，先进行北-2、4，北-2基坑开挖，致结构底板完成后再进行剩余的北-3、

29、5，北-3基坑开挖。小坑第一道支撑为砼支撑，首层土方开挖即可全部大面积开挖，开挖完成形成第一道支撑及小坑栈桥，为后续基坑开挖出土部署好路线。第一道支撑完成达到预定强度后，即可按流程开始二层土方开挖，第二道支撑为609钢管撑，采用人工对钢支撑进行加压，如下图所示：图3.2-3 第二道609钢管撑 第二道支撑采用人工加压的方式，人工使用小型油压泵驱动千斤顶对钢支撑进行加压，加压完成即在活络头伸缩处插钢楔子，确保活络头不向内部缩回。图3.2-4 第二道609钢管撑人工加压油压泵 图3.2-5 第二道609钢管撑人工加压完毕插销 第三、四道支撑在人工加压的准备工作基础上，运用油压泵应力伺服系统（油压泵

30、应力自补偿系统）。油压泵应力伺服系统在第四章将详细说明。第三、四道支撑同样选用609钢管撑，只是形式稍有差别，在普通钢支撑活络头前多了一个放置千斤顶的箱座，如下图所示：图3.2-6 油压泵钢支撑图 3.2-7 油压泵钢支撑正常工作图 油压泵钢支撑前期准备工作与普通钢支撑加压施工一样，插钢楔子同时在活络头两侧加槽钢（或工字钢）防止加压过程中出现偏心从而导致钢支撑顶歪报废。3.3过程控制 为了更好地促进各工序衔接，对基坑施工编制工期进度计划。如下图为北-1基坑施工的工期进度计划：图3.3-1 北-1土方开挖施工进度计划 根据基坑施工总工期进度计划，能够很好地控制各项施工节点，更有利于现场施工进度控

31、制。同时，本基坑工程施工，必须“分层、分块、对称、限时”的原则，做好施工效应控制，对各区域分层施工做好时间控制。项目组对土方开挖进行限时开挖，中间自由区从开挖到支撑施工3048小时之内。地下墙及分隔墙侧土方开挖控制在2430小时之内。最后一层土方从土方分块到垫层浇筑完毕控制在1224小时以内。最后一层土方从分块开挖到垫层浇筑完毕必须控制在12小时之内。根据以上原则规定，为使之更形象地体现在现场施工中，给施工一个具体的控制依据，项目组制定更加详细的节点计划。开挖时严格按照小时工作计划实施。第四章 副坑应力补偿系统应用技术 主基坑施工至0.00邻地铁副基坑开始施工。邻地铁侧副基坑宽度在6-10m，

32、开挖深度13.85m，采用四道支撑，首道砼支撑，第二-四道609钢管撑，其中第三、四道撑应用应力伺服系统。4.1施工原理 钢支撑轴力应力伺服系统主要分成四个主要部分：PC人机交流系统、PLC控制系统、油压泵压力系统及钢支撑系统，如下图所示：钢筋砼支撑609 钢管支撑千斤顶千斤顶地下连续墙伺服泵站控制系统PLCPC 系统地下连续墙基坑坑底土体垫层内附加H 型钢609 钢管支撑609 钢管支撑 图4.1-1 应力伺服系统示意图 其中PLC控制系统为整个系统的控制，连接其他三大系统。PLC将数据反映至PC系统，显示给监测人员；控制油压泵开启关闭，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

33、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（施予地连墙），同时通过传感器将实时轴力数据反馈给PLC控制系统。当反馈回的数据低于设计轴力数据范围时，PLC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，待传感器传回的数据在一段时间（一般5-10分钟）稳定在设计数据之上时，PLC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，PLC系统开始报警，进行降压处理（目前降压还是处于手动状态，需要人工对油压泵油管泄压阀门开启）。应力伺服系统主要原理如下：

34、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，保证了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，当轴力超过设定值至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PLC控制器来实施自动控制。操作面板上装有彩色触摸屏，可显示和设置工作压力、超载报警和系统的工作状况。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

35、千斤顶顶升过程中，随时锁紧机械自锁装置，保证能在自控系统突然失效的情况下支撑不失效。整个系统需要整体相互配合才能正常完成工作，由于现在相关技术限制，还不能达到PLC系统驱使油压泵自动泄压、全自动控制的目的。图4.1-2 油压泵系统控制简图 PC系统 PLC控制系统 油压泵系统 钢支撑千斤顶工作系统 图4.1-3 油压泵系统组件 支撑布置及应力伺服系统设置如下图所示：人工加轴力监测 轴力值不满足要求 再次加 图4.1-4 北-2、-4支撑布置及系统设置图 图4.1-5 北-3、-5支撑布置及系统设置图 图4.1-6 北-3支撑布置及系统设置图 4.2难点分析 邻地铁深基坑钢支撑轴力应力伺服系统应

36、用的主要难点在于安装调试。首先，钢支撑吊装难。由于增加了应力伺服系统，钢支撑端头部分额外增加一个箱座，箱座内部装设油压千斤顶；由于基坑较窄，609钢管撑与端头箱座必须在基坑外先安装成一整体，配合机械 一次吊装安装到位；而端头箱座较重，与钢管撑组合起来吊装不易找到重心位置，需要不断尝试；吊装过程中由于支撑设置较密集，很容易发生碰撞，需要高度重视。其次，轴力加压易偏移。钢支撑轴力是通过油压泵千斤顶施加的，由于围护地连墙不平整与安装过程中存在的偏差，导致加压过程中千斤顶与钢支撑轴心不在一条直线上，发生偏移，严重可能使钢支撑活络头断裂；故在加压开始前，必须在609钢管撑端头与箱座间设置槽钢（H型钢或工

37、字钢），插销，尽量减小钢支撑“顶偏”的可能。图4.2-1 油压泵钢支撑端头加固 1234名 称封 头 板加 劲 板 1H 型 钢规 格2 0*7 5 0*7 5 0*12 0*2 0 0*1 5 0*4H 4 0 0*4 0 0*5 5 0单 件 重8 8.3 1 K G1 8.8 4 K G9 4.6 0 K G609H400*400型钢预埋铁封头板 20*750*750112001-1剖面图加劲板2 20*500*200H400*400型钢平面图609预埋铁立面图地连墙地连墙封头板 20*750*750注：焊缝高度10mm。100150加劲板120*200*150400加劲板120*200

38、*150H400*400型钢加劲板120*200*150合计371.8KG加劲板220*500*200*231.4KG112223加劲板2 20*500*2003444加劲板2 20*500*2003 609400400200200600250面板 600*1000*12牛腿筋板 2-400*600*16牛腿筋板 2-242*133*12预埋铁活络头60916161000600预埋铁-20*600*400牛腿筋板面板 牛腿筋板4-242*133*122-400*600*16600*1000*121234143211250500250600250400面板 600*1000*12 2牛腿筋板 2

39、-242*133*124730立面图平面图1-1剖面图牛腿筋板2-400*600*163名称面板计算600*1000*12重量（KG）56.5212133.473合计3牛腿筋板2-400*600*1630.1444牛腿筋板2-242*133*12 3.032预埋铁20*600*40037.68267133注：焊缝高度8mm；730-4.960(-8.210)-4.595(-7.845)牛腿筋板 2-242*267*125牛腿筋板4-242*267*125牛腿筋板 2-242*267*1255牛腿筋板2-242*267*12 6.097 图4.2-2 支撑施工局部节点图 再次，初次调试难。由上述

40、原理说明中可以看出钢支撑轴力应力伺服系统由四个不同的系统部分 组成，四个系统部分各自需要调试，同时相互连接后整体调试。这些调试需要专门的系统控制人员与油压泵管理人员共同完成，一般需要几天的调试时间。4.3钢支撑轴力数据分析与比较 邻地铁深基坑变形控制的一个难点在于作用于围护墙（桩）上的支撑体系轴力控制，支撑体系的轴力易损失，不能时刻保证在设计控制要求的范围内，需要不断重复地监测、加压。以下为应用应力伺服系统轴力数据分析。4.3.1应力伺服系统PC实时显示数据 应力伺服系统对钢支撑加压是通过将液体原油输送到千斤顶中，驱动千斤顶伸缩，从油压泵至千斤顶用油管输送，本工程使用最长油管达100m长。由于

41、油管长度很长，原油又受气温影响较大，故一天时间内钢支撑轴力会随气温不断变化，本地昼夜温差在10左右，钢支撑轴力在原油热胀冷缩效应下，最大值与最少值最大差距在10t以上，数据曲线如下图所示：160.00165.00170.00175.00180.00185.00190.00日期 时间00:00:0001:00:0002:00:0003:00:0004:00:0005:00:0006:00:0007:00:0008:00:0009:00:0010:00:0011:00:0012:00:0013:00:0014:00:0015:00:0016:00:0017:00:0018:00:0019:00:0

42、020:00:0021:00:0022:00:00103#106#图4.3-1 钢支撑轴力数据曲线图 4.3.2原始人工应变计监测数据 对于应力伺服系统自身的监测数据而言，原始人工应变计监测数据只是对其的补充，检验钢支撑轴力与钢支撑前端箱座内的千斤顶轴力之间的差距（理论上应该不存在差距），从而提高钢支撑施工水平。理论上，钢支撑与前端箱座内的千斤顶同心，轴线重合，力的作用相互，千斤顶的轴力与钢支撑的轴力应该相同。而实际上，钢支撑与千斤顶安装过程中，钢支撑与千斤顶可能轴线不重合，工作过程中存在偏心等，这些因素均可能导致钢支撑轴力与千斤顶轴力存在差距。通过人工监测数据与千斤顶数据相比较，确认现场施工

43、造成轴力损失比例，一方面可以为提高施工质量做准备，另一方面可以给应力伺服系统设置轴力控制输出值提供一个标准，由于有损失，可以 调节轴力控制输出值，从而使钢支撑轴力值更接近设计规定值，进而更好地控制基坑变形。协和城二期北-2区监测第三道支撑轴力变化曲线图(ZL20-3ZL24-3)02 0 04 0 06 0 08 0 01 0 0 01 2 0 01 4 0 01 6 0 01 8 0 02 0 0 02 2 0 02 4 0 00 9-1 1-1 30 9-1 1-1 80 9-1 1-2 30 9-1 1-2 80 9-1 2-30 9-1 2-80 9-1 2-1 30 9-1 2-1

44、80 9-1 2-2 3日 期支撑轴力(kN)ZL20-3ZL21-3ZL22-3ZL23-3ZL24-3 图4.3-2 钢支撑人工监测轴力数据曲线图 上图为人工监测的钢支撑轴力曲线图，上述共五根钢支撑监测点数据曲线，平均轴力在1400KN+，换算成重量即150t左右，与上述应力伺服系统的监测数据170t存在20t+左右的差距，损失率达12%。4.4基坑变形监测数据与分析 取邻地铁侧基坑变形最大位置两点数据。图4.4-1 北地块最大变形点 图4.4-2 北地块最大变形点 CX41 CX76 0123456789101112131415161718192021222324252627-10010

45、20301月29日2月1日位移(mm)深度(m)01234567891011121314151617181920212223242526-10010203040501月25日2月1日位移(mm)深度(m)图4.4-3 CX41、CX76最大变形点最终变形量曲线 结合上述的最大变形点数据，根据基坑开挖时间制作如下曲线：C X 4 1-1.0 00.0 01.0 02.0 03.0 04.0 05.0 06.0 07.0 08.0 09.0 02009年10月18日2009年10月25日2009年11月1日2009年11月8日2009年11月15日2009年11月22日2009年11月29日200

46、9年12月6日2009年12月13日2009年12月20日2009年12月27日2010年1月3日2010年1月10日2010年1月17日2010年1月24日2010年1月31日C X 4 1 图4.4-4 CX41最大变形点变形量曲线 CX760.002.004.006.008.0010.0012.0014.0016.002009年11月28日2009年12月5日2009年12月12日2009年12月19日2009年12月26日2010年1月2日2010年1月9日2010年1月16日2010年1月23日2010年1月30日CX76 图4.4-5 CX76最大变形点变形量曲线 由上图可以看出，

47、CX41、CX76数据曲线在大坑开挖过程中变化很小，小坑开挖过程中才开始出现倾斜。由于主坑开挖阶段，CX41、76所在的永久地连墙不在开挖范围，两侧土体基本能保持平衡，故数据很小；副坑开挖，地连墙开始出现倾斜，故曲线呈上升区域，同样随着开挖深度曲线也不断攀升，最终变形分别在8mm、15mm。其中CX76所在点为北-3区，该小坑窄且长，形状怪异，设计支撑 数量较大，空间较窄，不利于挖机取土工作开展。根据实际工作需要，必须超挖才能保证小挖机有工作空间，且取土与支撑施工较慢，故基坑变形较大，地连墙测斜数据最大值达到15mm。鉴于此，对于形状怪异的超长超窄基坑，设计要充分考虑现场施工要求，增大支撑间距

48、空间，达到有利于基坑开挖的效果，缩短开挖时间，进而更好地保证基坑安全。4.5地铁隧道变形数据及分析 同样，我们分别对地铁上行线、下行线各取代表性的两点进行数据分析。上行线：最大变形点（SCJ45、SCJ47）-1.000.001.002.003.004.005.006.002009-4-232009-5-72009-5-182009-5-282009-6-82009-6-192009-7-22009-7-132009-7-282009-8-132009-8-242009-9-72009-9-172009-9-282009-10-122009-10-262009-11-122009-11-262

49、009-12-17SCJ45SCJ47 图4.5-1 上行线SCJ45、SCJ47数据曲线 下行线：最大变形点（XCJ24、XCJ33）-1.000.001.002.003.004.005.006.002009年4月16日2009年4月30日2009年5月14日2009年5月28日2009年6月11日2009年6月25日2009年7月9日2009年7月23日2009年8月6日2009年8月20日2009年9月3日2009年9月17日2009年10月1日2009年10月15日2009年10月29日2009年11月12日2009年11月26日2009年12月10日2009年12月24日XCJ24X

50、CJ33 图4.5-2 下行线XCJ24、XCJ33数据曲线 分析：第1点，基坑开挖，基坑内土体挖除，基坑周边土体产生主动土压力，而基坑内支撑体系形成，使地连墙达到平衡状态，周边土体主动土压力无法向基坑内释放，土体向地铁隧道施压，地铁隧道出现隆起；大底板形成之后，支撑开始拆除，地连墙向基坑内偏移暂时性增大，主动土压力也随之增大，地铁隧道隆起加大；第2点，2019-4-152019-7-15北-1区进行基坑开挖，开挖造成上行线地铁隧道隆起；2019-7-20日北-1区底板基本完成，开始进行支撑拆除及基础结构施工，支撑拆除周边土体压力增大，地铁隧道隆起加剧，随着基础结构施工，周边土体压力又慢慢减小