引言
随着我国城市建设的迅速发展，在密集区域进行深大基坑施工项目越来越多，对周边环境的变形控制也日趋严格。尤其在临近地铁、超高层建筑的深基坑工程，对围护结构变形控制要求更高，这都给地下工程施工带来极大困难。基于此，作为一项先进的基坑支护施工技术，钢支撑轴力自动伺服系统应运而生，其具有自动控制、实时监控和自动补偿的功能，能避免传统钢支撑因温度变化、应力松弛和塑性变形等引发的轴力损失问题，在密集复杂区域的深基坑工程中逐步得到应用，并取得良好效果。
本文主要介绍钢支撑轴力伺服系统在深基坑变形控制上的应用，从技术原理出发，简述该项技术在具体项目上的应用案例，并系统总结监理人员对该项技术的控制要点，为我公司在重点、重大项目上应用钢支撑轴力应力伺服技术提供有效参考，全面提升深大基坑施工及周边环境的安全性。
一、钢支撑轴力伺服系统原理概述
钢支撑轴力自动伺服系统是以机械、轴力测试传感器、千斤顶液压传动为基础，融合计算机信息化及自动化监控系统、无线通讯传输等高新技术手段，对支撑轴力不间断测试、调整的综合性系统。图1为轴力伺服系统示意图，图2为轴力伺服系统工作原理图。
图1：轴力伺服系统示意图
图2：轴力伺服系统工作原理图
二、钢支撑轴力伺服技术的应用
在2006年“大上海会德丰广场” 项目中首次采用钢支撑轴力伺服技术。该项目北区基坑边缘距上海地铁2号线运行线路仅5.4米，基坑开挖深度已超过地铁隧道底部 2 .8 m。面对深基坑开挖的稳定性、变形量控制要求,所采用的钢支撑轴力伺服系统成功将北坑开挖围护结构变形及隧道变形控制在设定目标内,使隧道的水平位移在4mm内,隧道附加沉降在2mm以内,邻地铁侧围护地连墙变形在13.5mm以内。图3为大上海会德丰广场项目总图。
图3：大上海会德丰广场项目总图
上海周家嘴路越江隧道基坑工程浦东段第2、3道支撑采用钢支撑自动伺服系统（单侧超载），浦西段采用传统钢支撑。根据测斜点监测分析：该系统对单侧超载基坑变形控制效果显著，在开挖阶段，采用自动伺服系统的单侧超载基坑，位于自适应钢支撑处的变形速率比采用传统支撑的围护变形速率小。内部结构施工完之后，应用伺服系统的单侧超载基坑，位于第2道支撑处的围护结构水平位移，比采用传统支撑未超载基坑在同样位置位移小18%左右。图4为第2、3到支撑处围护结构变形情况。
图4.1：第2支撑处维护结构变形情况
图4.2：第3支撑处维护结构变形情况
在深圳地铁“莲塘站深基坑工程”工程中，通过实时监测及有限元计算，分析伺服系统在温度变化与周围环境变化时的作用，并对伺服端钢支撑分布进行优化布置，有效提高伺服端钢支撑利用效率，其变形控制效益显著。图5为伺服系统布置与地下连续墙位移和房屋沉降关系图。
图5：伺服系统布置与地下连续墙位移和房屋沉降关系
钢支撑轴力伺服技术的环境变形控制效应明显，能极大提升深大基坑施工及紧邻保护对象的安全性，具备良好的社会效益。该技术在上海等地应用较多，但在浙江应用很少，而由我司参与的浙江大学医学院附属邵逸夫医院工程项目将重点采用该项技术。该项目基坑分为Ⅰ期和Ⅱ期两大区块，其中Ⅰ期围护设计采用地连墙+3道钢筋混凝土内支撑的支护体系，Ⅱ期（临近地铁侧）围护设计采用地连墙+1道钢筋混凝土内支撑+3道带自动伺服系统的钢管支撑。基坑北侧距离地铁外墙外侧距离仅2.9m，对现场基坑开挖过程中变形控制提出极高要求，而钢支撑轴力伺服系统的应用将会助力项目更好运行。
三、监控要点分析
针对深基坑开挖过程中监管人员可能会遇到的一些难点，本文进行总结分析并提出控制策略以供参考。
1）钢支撑质量验收
伺服系统与钢支撑通常由两家公司提供，部分老旧钢支撑变形、壁厚等已不能满足伺服高轴力要求，成为薄弱环节，以至于伺服支撑使用时的轴力补偿使存在初始缺陷的钢支撑会在高轴力下变形失稳，影响到基坑安全。因此，必须严格做好钢支撑进场的质量验收。在钢支撑进场后，监理人员需对每批支撑数量、规格、外观质量、截面尺寸、扭曲、法兰端面平整度、螺栓等全数检查验收，确保支撑构件质量满足要求。
图6：钢支撑质量验收
2）控制活络头长度
钢支撑活络头有调节钢支撑长度的作用，但其是钢支撑最薄弱部位，受力后易弯曲，进而使支撑失稳。故活络头长度不宜过长，伺服系统施加后，高轴力下支撑压缩变形大，增大活络头偏心失稳风险，也减弱了伺服系统控制变形效果。应控制其最大伸缩长度。
图7：控制活络头长度
3）钢支撑安装前平整度检查
检查钢支撑与围护结构的接触面的平整度。钢支撑架设前应检查接触面，如不符要求可让施工方铺设快硬水泥砂浆进行找平；同时保证支撑架设时不损坏碰落找平层；与活络头接触的地墙连接部位平整度尤为重要，特别是有轴力计的活络头，因其接触面小且直接连接地墙，对接触面平整要求更高。不平整易引起安装偏差，导致千斤顶和轴心不在一条直线，易造成活络头弯曲破坏，进而导致失稳。
4）钢支撑安装控制
钢支撑安装后两端板应与地墙面或斜撑钢牛腿密贴，督促施工单位采取相应技术措施确保支撑安装质量，防止支撑产生偏心受力。支撑安装完成后设防坠落装置，同时检查支撑端面是否与墙面或围檩侧面平行，各节点是否连接好，符合要求后方可进行预应力施加。支撑安装和预应力的施加、复加现场监理人员均为全过程旁站监督。钢支撑端头额外增加伺服系统箱座，须在坑外安装成整体，组合吊装不易找到重心，且支撑设置密集，极易产生碰撞。
图8：钢支撑安装控制
5）做好紧密配合和监督落实
设计应基于基坑变形控制进行钢支撑伺服设计计算，调整各开挖工况下每道伺服钢支撑轴力。施工图中明确伺服钢支撑使用范围，提出各开挖工况下每道伺服钢支撑的轴力设计值；伺服专业单位应经设计许可，根据轴力、位移变化动态调整轴力；施工单位应根据设计图纸编制钢支撑伺服系统施工专项方案，统筹管理钢支撑施工单位、伺服专业单位，做到权责明确，由监理单位做好监督落实工作。
6）基坑周边变形控制
巡视基坑周边的地表变化情况，结合监测报告分析基坑的变化情况(详见监控量测监理细则）以及周边环境、建筑物以及地下管线的变化及位移，确保基坑开挖时对周边环境的影响尽可能降到最小。
7）应力位移监测数据检查
每层土方开挖及支撑施工时，及时掌握相关监测数据，包括轴力变化、墙顶隆起、沉降、墙体变形、地连墙两侧纵横向地面沉降、建筑物沉降、每个开挖段及每层开挖中的地连墙变形等监测数据；对支撑轴力低于预加应力值的支撑应复加预应力，围护结构位移超过警戒值时，调整支撑轴力以控制变形，钢支撑预加轴力以监测数据反馈为主，人工检查为辅。通过实时监测，随时调整支撑轴力。
图9：应力位移监测数据检查
8）钢支撑拆除
监理要进行全过程旁站，在起吊时，必须稳定钢支撑，避免碰撞相邻钢支撑或其他物体。加强对邻边钢支撑和测斜监测，发现监测数据增大，应增加钢支撑加固。注意对伺服支撑系统的拆除顺序：停止相应支撑油路工作，线路拆除，泵站拆除，支撑拆除，泵站和控制中心拆除况突变，应及时会同总包和其他相关单位采取措施，确保基坑安全。
图10：刚支撑拆除
四、结语
对周边有临近地铁、保护建筑等对变形有较大限制的深基坑工程，采用伺服系统作用明显，可减少温度应力对钢支撑影响，避免环境变化对支撑应力造成损失；伺服系统钢支撑越多，对基坑安全和周边房屋沉降控制越好，虽初期需投入较高成本，但有利于工程安全管控，其隐性效益巨大。
参考文献
[1]贾坚,谢小林,罗发扬,翟杰群.控制深基坑变形的支撑轴力伺服系统[J].上海交通大学学报,2009,43(10):1589-1594.
[2]彭勇志,黄洋.深基坑钢支撑轴力伺服系统施工技术[J].低碳世界,2016(03):152-153.
[3]张德标,费巍,王成焱,文声杰.应力伺服系统在紧邻地铁深基坑钢支撑轴力监测中的应用[J].施工技术,2011,40(10):67-70.
[4]江岩明.钢支撑轴力伺服系统在深基坑施工中的应用[J].建材与装饰,2018(52):4-5.
[5]李孚昊,徐佳伟.支撑轴力伺服系统在地铁深基坑工程中的应用[J].路基工程,2018(03):157-161.
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