上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司200092
摘要：对自平衡轴力补偿系统在基坑工程中的应用进行了剖析。根据工程实际情况，总结分析了该系统应用的关键技术，为临近地铁基坑施工的安全保障措施提供了技术支撑。
关键词：自平衡轴力补偿系统；基坑工程；支撑。
0引言
随着上海地铁网络的不断建设和发展，临近地铁地块开发和市政设施建设也越来越频繁，临近地铁的基坑工程越来越多，施工过程中对地铁的保护形势非常严峻。文中介绍了自平衡轴力补偿系统在基坑工程中的应用，通过对系统应用过程中的关键技术的分析，提出了技术应用和施工过程中的技术建议，可用于指导基坑支撑施工。
1工程概况
1.1工程概况
虹桥商务区与中国博览会会展通道工程位于虹桥商务核心区与中博会会展中心之间，东接虹桥商务区核心区（一期）地下空间中轴，西至中博会会展中心东出入口。其中九号地块下沉式广场基坑尺寸55m×40m，深度11.9~12.8m，通过基坑中部分隔墙分为南北两个基坑实施，北坑为半椭圆形，开挖深度12.8m，南坑为矩形，开挖深度11.9m。
1.2工程地质、水文条件
根据勘察资料，拟建场地属稳定场地，适宜于本工程建设，场地类别属IV类，场地土的类别属软弱土，抗震设防烈度为7度。
场地为正常沉积区，场地内分布的土层自上而下可划分为七大层及若干亚层，分别为：填土、黄~灰黄色粉质粘土，灰色粉砂、灰色淤泥质粉质粘土、灰色淤泥质粘土、灰色粘土、暗绿色粉质粘土、灰绿~灰色砂质粉土夹粘土、灰色粉质粘土夹粉砂、灰色粉砂。
拟建场区地下潜水位埋深为1.10~4.90m，场地浅部分布有②3层粉砂层，为地下水及地表水的良好的联系通道，承压水含水层为⑦层，承压水水位一般低于潜水位，年呈周期性变化，埋深3.0～12.0m。根据本次实测的⑦1层承压水水头埋深5.83m。
1.3场地周边环境
本工程周边环境较为复杂，基坑西侧为北横泾河，北侧为地铁2号线盾构道，东侧为申滨南路，南侧为三湘商业广场。基坑附近无大直径雨水管、合流管、煤气管。距基坑最近的Φ300给水管约5.9m，Φ300燃气管约28m。
2自平衡轴力补偿系统的应用
本工程基坑北侧离运营的地铁2号线10米，在施工时，需要对周边建筑物加强监测和保护，因此在基坑开挖过程中应用了自平衡轴力补偿系统。
自平衡轴力补偿系统是针对深基坑的施工工艺变形规律和基坑边管线建筑物的保护要求，尤其对基坑边运行地铁的保护要求而设计的，它应用了机电液比例控制技术、PLC电气自动控制技术、总线通信技术以及现代HMI人机界面智能技术和计算机数据处理技术等多项技术，主要应用于深基坑施工时钢支撑轴力的实时补偿与监控，实现对钢支撑轴力24h不间断数的监测和控制，有效控制和减少基坑的变形，确保地铁等建筑物的安全。
自平衡轴力补偿系统主要由如下系统组成：
（1）支撑系统：包含钢支撑、钢支撑接头支座及轴力自控制系统油缸三部分组成。
（2）液压系统
1）液压泵站：由油箱、电机泵组、阀组、压力表、传感器等部件等组成。
2）液压千斤顶：额定推力300T带机械锁帽千斤顶。
（3）控制系统
1）中央控制室：整个轴力控制系统的控制室，通过总控设备、监控系统数据、指挥控制系统的运行。
2）总控站：控制整个轴力控制系统运行的PLC控制器。
3）总控监视器：在中央控制室内，负责控制轴力控制系统运行，监视轴力控制系统运行数据的设备。
4）工作站：轴力控制系统的分控设备，可控制1个泵站，最多4个油缸的运行。
5）移动监视器：负责控制监视单个工作站运行情况的计算机设备。
6）移动测试台：对工作站运行测试、输入输出检查、性能测试、系统性能标定的设备。
系统的基本配置包括：总控站：1台，监视器：1台，工作站：1-30个，液压泵站1–30台，液压千斤顶：4–120个，（每个工作站配置1台泵站、4个液压千斤顶)。
系统性能：轴力控制范围50-300T；，轴力调控精度99.5%，轴力调控速度：<3S，最大规模可控制120个支撑。
3自平衡轴力补偿系统关键技术
3.1液压控制技术：
油泵从油箱吸油后向系统供油，通过比例溢流阀调压，经电磁换向阀切换油路，千斤顶作为执行器。电磁换向阀中位可无内泄保压，系统运行时，油泵为间歇性工作。
3.2集散控制技术：
采用集散控制（DCS）技术：实施基于现场网络的分散控制和集中管理。
①分散控制
a）各工作站自行检测、调控各支撑的轴力；
b）各工作站自行检测故障和异常情况，自动报警并执行安全措施。
②集中管理
a）集中设置、管理整个系统和各工作站的性能参数、控制参数；
b）统一管理各工作站的运行，正常运行时封锁各工作站的操作界面，确保安全；
c）特殊情况下，在总控站对部分指定工作站进行调整；
d）集中采集各工作站施工数据，可以进行统计分析，可以进行远程传输、异地监控。
3.3支撑轴力调控技术：
①支撑首次安装后处于空载状态，先进行预撑，将支撑顶紧基坑。预撑压力按支撑轴力设定值的百分比设置。
②支撑预撑后检查支撑状态。通过检查后，进行支撑加载，使支撑轴力达到设定值。
③支撑压力低于轴力设定值的偏差下限时，启动泵站，执行支撑轴力欠载调控功能，使支撑压力恢复到设定值。
④支撑压力高于轴力设定值的偏差上限时，启动泵站，执行支撑轴力超载调控功能，使支撑压力恢复到设定值。
⑤支撑轴力调控到位后，关停泵站，支撑压力以液压锁保持。
3.4支撑轴力调控参数：
①支撑轴力设定值：设计要求的支撑轴力值。
②支撑的预撑压力系数：支撑安装后预撑应达到的压力值。
③支撑轴力的允许误差系数：支撑轴力值的误差小于等于允许误差，调控才算完成。
④支撑轴力的允许偏差系数：支撑轴力值的误差大于允许偏差，就要进行调控。
⑤支撑轴力的允许超差系数：支撑轴力值的误差大于允许超差，就要进行报警。
3.5控制方式：
1）总控：所有工作站均接受总控站控制。
2）单控：各工作站单独控制、独立运作。
3）分控：部分工作站处于总控，部分工作站处于单控，以便个别工作站的调整。
3.6运行方式：
1）连续作业：连续进行支撑轴力巡检和调控。
2）单步操作：单步进行单个支撑的伸缩缸操作、压力设定和轴力调控。
3）手动操作：单步进行单个支撑的伸缩缸操作，还可以应用“移动测试台”进行设备试验、检测、标定等工作。
4结语
自平衡轴力补偿系统，将传统支撑技术与液压动力控制系统、可视化监控系统等结合起来，实现了对钢支撑轴力的监测和控制24h不间断数据传输，解决了常规施工方法无法控制的苛刻变形要求和技术难题，使工程始终处于可控和可知的状态，对保护邻近地铁具有重要意义。本工程施工完成后，基坑围护墙体最大变形不大于6mm，地铁收敛数据没有变化，说明基坑采用了自平衡轴力补偿系统的基坑施工很好的控制了墙体变形，在确保基坑施工安全的同时很好的保护了临近地铁的正常使用，减小了对周边环境的影响。
参考文献：
[1]吕达等.支撑轴力自适应补偿与监控系统在基坑施工中的设计与安装.建筑施工.2010.9.
[2]张明远等.临近地铁隧道的基坑施工方案对比分析.地下空间与工程学报.2011.6.