1、地鐵車站鋼支撐軸力自動補償施工工藝工法(QB/ZTYJGYGF-DT-0307-2014)廣州分公司王小孟1前言工藝工法概況鋼支撐自動軸力補償系統，是結合了現代機電液壓一體化自動控制技術、計算機信息處理技術、總線通信技術以及可視化監控技術等高新技術手段，對支撐軸力進行全天候不間斷監測，并根據高精度傳感器所測參數值對支撐軸力進行適時的自動補償來達到控制基坑變形目的支撐系統。鋼支撐自動軸力補償系統將傳統支撐技術與現代高科技控制技術等有機結合起來，對鋼支撐軸力實時補償與監控，實現對鋼支撐軸力24小時不間斷的監測和控制，使支撐系統始終處于可控和可知的狀態。與傳統鋼支撐體系相比，自動軸力補償系統能明顯降

2、低基坑圍護結構的最大變化速率，控制基坑的變形，減小對鄰近運營線路、建筑等周邊環境的影響，有效解決常規施工方法無法控制的苛刻變形要求和技術難題。目前在上海地區鄰近地鐵運營線的基坑應用較多，在深圳地鐵11號線前海灣站首次應用。1.1 工藝原理鋼支撐是基坑內支撐體系的一種常用型式。每根鋼支撐有多個標準節鋼管拼接而成，通過法蘭盤進行連接。鋼支撐兩端為固定端、活動端端頭，活動端通過活絡頭調節長度。常規做法是通過活動端的活絡頭用千斤頂對鋼支撐按照設計要求預施加一定軸力，并安裝軸力計監控鋼支撐的軸力，以便掌握基坑結構變形引起的應力變化情況。鋼支撐自動軸力補償系統，是采用鋼支座套箱端頭替代活動端，鋼支座套箱端

3、頭內安裝千斤頂（設計軸力決定其噸位），通過液壓轉換為支撐軸力，與基坑外側土壓力保持平衡，從而使基坑處于安全的狀態。地面通過監控站、操作站、現場控制站、液壓伺服泵站等成套系統即時控制鋼支撐端部千斤頂壓力，通過持續“保壓”，使鋼支撐恒定軸力，起到自動控制、監測鋼支撐軸力作用。1.2.1系統組成系統設計采用了“樹狀即插分布式模塊，結構、多重安保體系”的總體工藝技術路線，將機電液壓自動控制技術、PLC電氣自動控制技術、總線通信技術以及現代HMI人機界面智能技術和計算機數據處理技術等多項現代高科技技術有機集成起來，自動軸力補償系統主要有以下部件組成：監控站、操作站、現場控制站、液壓伺服泵站系統、總線系統

4、、配電系統、通信系統、移動診斷系統、組合增壓千斤頂、液壓站接線盒裝置等組成1自動軸力補償系統總體工藝設計采用樹狀結構，更貼近、更適合地鐵邊長條形基坑的結構特點，便于現場布置和使用。2自動軸力補償系統總體工藝設計采用模塊結構，便于現場維護和使用，控制精度高。3自動軸力補償系統總體工藝設計采用即插分布式結構，也便于現場維護和使用，也更適合基坑邊設備的布設和移動。4自動軸力補償系統總體工藝設計采用了多重安保體系，大大提高了系統運行的可靠性、安全性，確保深基坑開挖施工所引起的基坑變形控制效果，從而確保鄰近地鐵運營線、周邊建（構）筑物的安全。5由于自動軸力補償系統設計采用了冗余設計，所以系統的工作能力強

5、，適應能力強，可以應用在各種軸力范圍、各種深度大小和各種支撐數雖并要求鋼支撐軸力需要實時補償的深基坑工程中。6自動軸力補償系統對鋼支撐軸力實時補償的能力強、精度高、速度快，響應精度達95姒上，響應時間縮短至2秒。7系統設計并配置了基于移動診斷技術的多功能移動診斷控制箱，在中央監控系統（監控站）或操作站或現場控制站等模塊通信失效的情況下能實現故障單元的軸力自動補償和故障診斷；在控制模塊硬件故障情況下能實現故障單元的軸力手動補償，提高了系統的應急處理能力，從而大大增加了系統的安全性和可靠性。8現場控制站、多功能移動診斷控制箱等都采用了HMI人機界面智能控制技術，使簡單，使用十分方便。9自動軸力補償

6、系統采用CAN總線來實現數據采集和控制指令發送，站與站之間采用方便的接插件技術并賦以新型可靠的穩定技術，包括如高性能的總線拓樸結構技術；方便實用的現場接線技術；高可靠性的觸點連接技術；總線傳輸波特率的計算并優化技術；完善的診斷和錯誤恢復技術；終端電阻的靈活接入或關閉技術；總線成員自由增減技術，從而確保數據傳輸可靠、安全，同時滿足了工地現場的方便使用。10自動軸力補償系統采用獨特的鋼支撐軸力支頂結構設計，千斤頂設計采用體積小重雖輕便于現場安裝的增壓結構，設計了自動調平機構，具有自動調平功能，頭部系統結構上還獨特設計了機械鎖+液壓鎖的雙重安全裝置，確保安全。主要技術參數主要技術參數見表1。表1自動

7、軸力補償系統主要技術參數序號項目單位參數1供電電壓V380、220、242響應精度%953響應速度S24系統工作壓力Mpa285最大工作壓力Mpa356千斤頂最大推力（個）t3007伺服泵站系統流雖（個）L/min2.348伺服泵站系統電動機功率（個）KW1.5圖1鋼支撐自動軸力補償系統三維示意圖2工藝工法特點2.1取代了傳統鋼支撐人工預加軸力，實現了自動化“保壓、加壓”，并做到“可視、可控、可調”。2.2加強了深基坑鋼支撐施工過程中控制和管理，對施工過程中的軸力監測數據等進行動態監管，有效控制了施工風險。2.3將動態信息與移動設備綁定，實現遠程終端控制、離場操作，實現信息化管理。2.4通過監

8、測數據分析不同地層基坑變形規律，驗證設計理論計算變形值，可預先設置軸力值大小主動控制基坑變形，實現施工指導設計。3適用范圍適用于各類軟弱復雜地質條件下的深基坑圍護結構鋼支撐體系，尤其是鄰近運營線或重要建(構)筑物的深基坑。4主要引用標準地鐵設計規范(GB50157-2013)建筑基坑支護技術規程(JGJ120-2012)地下鐵道工程施工及驗收規范(GB50299-1999)(2003版)建筑樁基技術規范(JGJ94-2008)建筑工程施工現場供用電安全規范(GB50194-2014)建筑地基基礎設計規范(GB50007-2011)建筑鋼結構焊結技術規程(JGJ81-2002)5施工方法鋼支撐自

9、動軸力補償系統施工與鋼支撐架設密不可分，自動軸力補償系統需提前3個月加工、組裝，提前15d現場布置設備和線路供電系統。根據基坑形狀及開挖方案，將自動軸力補償系統的現場控制站及泵站沿基坑邊緣一字排開。現場控制站及泵站的布置位置堅持線路最短原則，即現場控制站與泵站間的線路最短、泵站與千斤頂間的油管最短，并完成設備安裝、單系統、總系統程序調試。鋼支座套箱端頭與鋼支撐預先拼裝，根據基坑開挖進度，架設鋼支撐，并安裝千斤頂，在監控站（或操作站）上按照設計軸力設定系統壓力控制值（精度控制偏差土3%,完成設計預加軸力的逐級施加。同時，采集各種監測數據初始值，進行同步監測。自動軸力補償系統開始運作，形成持續“保

10、壓”狀態，開始自動控制、監測鋼支撐軸力。在基坑開挖的前3050m長度范圍，豎向每道支撐選取1015根的鋼支撐軸力監測數據，通過對施工監測、自動化監測數據分析變形規律，與設計理論計算變形值進行對比，以便調整鋼支撐預加軸力，達到施工指導設計目的，動態指導現場施工，更好的控制變形?，F場監測期間，如基坑或鄰近運營線或重要建（構）筑物變形突然增大時，現場值班人員在監控站（或操作站）快速調大鋼支撐設計控制軸力，實現“增壓”增大支撐軸力，達到即時有效控制變形。6.工藝流程及操作要點6.1工藝流程工藝流程見圖2。圖2鋼支撐自動軸力補償系統施工工藝流程操作要點6.2.1系統現場布置合理，線路最短控制根據現場基坑

11、形狀、區段劃分、開挖順序及現場環境等綜合因素，根據鋼支撐設計軸力，進行鋼支撐軸力自動補償系統的負荷設計、合理性設計?，F場布置設備、供電系統線路及網絡系統線路，現場控制站及泵站沿基坑邊緣一字排開?，F場布置控制站及泵站位置堅持線路最短原則，即現場控制站與泵站間的線路最短、泵站與千斤頂間的油管最短。6.2.2鋼支撐及千斤頂安裝鋼支撐與鋼支座套箱提前在地面進行拼裝，隨基坑開挖及時架設，將千斤頂吊裝至鋼支座套箱內，就位居中，與泵站的液壓油管連接，按設計施加預加軸力。實時監控監控站安排專人進行全天值班，監控系統24小時開機，對鋼支撐軸力進行實時監控并整理日報。必要時根據基坑施工監測、鄰近運營線或重要建構筑

12、物的自動化監測數據重新調整鋼支撐軸力，達到快速控制變形目的。6.2.3 設備校核及標定根據基坑開挖及鋼支撐倒用周期，千斤頂標定不超過6個月一次；液壓伺服泵站、現場控制站、操作站按每移動一次進行一次調試，監控站按3個月檢查一次；加強日常巡檢，對網絡線路、用電線路、液壓油管等破損及時更換，確保系統運行期間完好。7勞動力組織勞動力組織見表2。表2勞動力組織表序號工種人數備注1技術3人負責現場施工組織、技術2鋼支撐拼裝、15負國場拼裝架拆，配合系統安架拆人裝、拆除3鋼圍楝、鋼支座套箱加工、安裝20人負責現場加工、安裝4自動軸力補償6人負國場系統組裝、調試，實時軸力監控，日常維護保養、部件更換5普工10

13、人配合日常系統設備移動6監測人員8人現場施工監測，與自動軸力補償配合8主要機具設備主要機具設備見表3表3主要機具設備配置表序號作業名稱機具設備型號規格型號單位數H1安裝鋼支撐PC120挖掘機臺12膨脹螺栓打眼電鉆把23鋼圍楝、鋼支座套箱加工電焊機BS-300臺64切割機JG-400臺65配電箱自制個26汽車吊25t輛17場內運輸自卸吊10t輛18鋼支撐自動軸力補償系統（1套）監控站、操作站套19監控站、操作站（備用）套110現場監控站套411現場監控站（備用）套112液壓伺服泵站套1213液壓伺服泵站（備用）套114液壓站接線盒裝置15組合增壓千斤頂300t個7216組合增壓千斤頂（備用）30

14、0t個317鋼支座套箱個7218液壓油管19網線20電纜9質雖控制易出現的質H問題9.1.1鋼支撐、圍楝加工質雖不達標，影響系統使用。9.1.2鋼支撐拼裝不平直，鋼圍楝背后回填不密實，影響自動軸力補償系統保壓。9.1.3車站蓋挖逆作工況下，鋼支撐安裝和自動軸力補償系統千斤頂安拆存在難度，需要機械配合?，F場施工監測主要靠人工雖測、整理數據，需要一定時間；而自動軸力補償系統快速調取鋼支撐“即時軸力值”。施工監測與自動軸力補償系統監測的鋼支撐軸力難以同步，不易實現“實時”控制基坑及鄰近運營線或重要建（構）筑物的變形。9.1 保證措施9.2.1鋼支撐拼裝不平直，誤差較大：加強鋼支撐加工質雖控制，進場驗

15、收必須嚴格，進行焊接探傷、壁厚等指標檢驗檢測，不合格的必須退場。鋼圍楝連接部位焊接不牢固，特別是陰陽角部位焊接質雖不達標現象較多，加強現場管制作、安裝、焊接過程管理和檢查驗收。9.2.2鋼支撐提前試拼檢查，連接時必須對稱上高強螺栓，按順序緊固，拼裝成型的支撐是否平直，檢查軸線偏差v3cm,不平直（或存在變形）的要禁止使用。現場安裝時，兩端安裝標高V3cmi加強現場控制鋼圍楝背后回填，確保磴密實，嚴禁噴磴的干拌料、回填料，不得回填其他雜物。9.2.3蓋挖逆作板下進行鋼支撐和自動軸力補償系統千斤頂的安裝、拆除，操作空間受限，無法采用單根整體吊裝，需要在板下分段拼裝，根據跨度、高度提前做好分段試拼；

16、鋼支撐和千斤頂安裝選用合適的挖掘機進行，拆除采用叉車。9.2.4鋼支撐自動軸力補償系統不僅實現“保壓”，根據基坑及鄰近建筑物變形來快速增加軸力，達到控制變形的作用。現場條件受限僅鄰近運營線或重要建（構）筑物采用自動化監測，基坑施工測斜等監測主要靠人工，監測數據不及時，應根據鄰近運營線或重要建（構）筑物自動化監測數據，快速“調壓”增大軸力，有效控制基坑及鄰近運營線或重要建（構）筑物的變形。10.1 10安全措施主要安全風險分析10.1.1 鋼支撐架設不及時，導致基坑圍護結構嚴重變形甚至失穩，危及鄰近運營線或重要建（構）筑物的變形。10.1.2安裝不牢固，造成支撐脫落。10.1.3基坑施工監測數據

17、不及時，基坑施工監測、鄰近運營線或重要建（構）筑物自動化監測信息不暢通，對基坑安全狀態及鋼支撐軸力掌握不及時。10.1.4鋼支撐拼裝、千斤頂安裝作業不規范，容易造成物體打擊事故。10.2 保證措施10.2.1加強現場管理與協調，配合蓋挖土方開挖，及時架撐、按照千斤頂，保證鋼圍楝背后回填質雖。10.2.2對施工人員加強安全施工的教育，定期進行專業安全檢查，進入施工現場人員一律戴安全帽。10.2.3鋼支撐加工前由負責加工的工長對加工機械的安全操作規程及注意事項進行交底，并由機械工程師對所有機械性能進行檢查，合格后方可使用。10.2.4 鋼支撐在運輸過程中要注意交通安全，運輸車尾應設置警示燈等安全設

18、備。10.2.5在安裝牛腿支架、鋼圍楝時一定要注意在基坑頂部設防護欄，并同時安排專人將邊坡上部將雜物清理干凈，防止墜物傷人。10.2.6支撐、千斤頂吊裝時其吊車下方及支撐回轉半徑內嚴禁站人，高空作業要系安全帶。由于鋼支撐跨度較大，活荷載對其影響較大，易使支撐因震動而失穩，所以嚴禁在其上放置各種物體及人員攀登和行走。10.2.7土方開挖時避免挖掘機碰撞已經架設的鋼支撐，鋼支撐采用鋼絲繩防墜落，鋼圍楝采用角鋼托架防墜落。10.2.8控制鋼支撐安裝過程中的軸線、標高安裝偏差，千斤頂安放居中，鋼圍楝側面垂直。10.2.9加強與基坑施工監測、鄰近運營線或重要建（構）筑物自動化監測信息之間的聯系，及時根據

19、監測數據，“調壓”增大軸力，控制變形。11環保措施11.1 鋼支撐及自動軸力補償系統作業對環境造成不良影響的因素鋼支撐、鋼圍楝、鋼支座套箱加工，鋼支撐運輸、拼裝、吊裝和自動軸力補償系統運輸、安裝、調試、投入使用等，對周邊環境照成了一定的影響，影響因素主要為：11.1.1鋼支撐、鋼圍楝、鋼支座套箱加工造成的光污染。11.1.2鋼支撐、千斤頂架設時造成的噪音污染。11.1.3液壓泵站、千斤頂、液壓油管破損造成的漏油水污染。采取措施11.2.1起重吊裝作業盡雖減少噪音，可以安裝消音裝置。拼裝過程，輕吊輕放，減少噪音。11.2.2電焊作業必須配備齊全的勞保用品1切割焊接等作業，施工完成后，每天做到工完

20、料清，及時打掃焊渣并清理。2嚴禁在晚上進行焊接作業，如確有必要時嗎，必須搭建遮光棚，防止造成光污染。3對余料、廢料同意堆放管理，增強節能減排意識。4加工的成品半成品應分類堆放整齊。采用標識標牌進行標識。5現場做好文明施工和安全用電。12.1 12應用實例工程簡介深圳地鐵11號線為機場快線，接駁深圳寶安機場T3新航站樓。采用BT模式，前海灣站位于與香港隔海相望的深圳前海深港合作區，原始地貌為濱海灘涂，現狀為填海區，該區域存在為普遍分布不規則的填石和較厚的流塑狀、軟塑狀淤泥等軟弱不良地層。前海灣站與已建1、5號線及后建的前海綜合交通樞紐工程穗莞深城際線、深港西部快線將形成“三條地鐵+兩條輕軌”的平

21、行大換乘。車站為地下三層兩柱三跨島式車站，長830m,標準寬25.7m,深18.1m,建筑面積7.8萬平米，工程造價11.79億元，規模相當于三四個標準地鐵車站，是國內最長的在建地鐵車站。由于車站所處填海區地層復雜，東側且距已運營5號線地鐵車站平行最小凈距僅有9.1m,故主要采用蓋挖逆作法，僅南端110m采用明挖順作法。車站東側圍護樁設計為巾12001300+900三管旋噴樁止水及帷幕，西側圍護樁設計為巾15001600+900三管旋噴樁止水及帷幕，底板下方沿車站縱向設置四排抗拔樁。車站南端110m采用明挖順筑法進行施工，共設置4道支撐體系，其中第一道為鋼筋混凝土支撐，第二四道為巾600鋼支撐，在施工結構底板時需進行一次換撐，支撐間距平均為3m北端720m采用蓋挖逆筑法進行施工，在車站第二道鋼支撐（負一層板上方1。、第二道鋼支撐（負二層底板上方2m帶自動軸力補償系統，共354根鋼支撐。12.2 施工情況前海灣車站蓋挖段長720m根據設計支撐數雖和工期安排，共加工3套自動軸力補償系統（一套系統控制72根鋼支撐），系統調試完畢，運至現場車站頂板上方，將現場控制站及泵站沿基坑邊緣一字排開布置，板上采用集裝箱設兩個監控站，24小時值班作業。鋼支撐拼裝、鋼圍楝及