钢支撑轴力伺服技术
1、技术产生背景
基坑在开挖时一般设置侧向围护结构和坑内支撑体系来确保基坑安全和控制周边变形。常用的支撑分为混凝土支撑和钢支撑两类：混凝土支撑需要较长的制作和养护时间，制作后不能立即发挥支撑作用，且拆除工作量大、材料不能重复使用，不符合目前绿色施工的要求；钢支撑由于温度的变化、钢材自身材料特性等因素会出现应力松弛现象，导致支撑轴力损失。
钢支撑轴力伺服技术能够实时监控钢支撑轴力及基坑围护结构变形，根据轴力及变形监测数据，智能调控支撑轴力，大幅提升基坑安全性，同时对周边结构物与环境实现有效保护。
2、技术内容
钢支撑轴力伺服技术融合了数控液压技术、自动化监测技术和物联网技术，是在基坑开挖时对围护结构进行主动加压抵抗土压力的一种控制技术。该技术由主控系统、数控泵站、支撑头总成和位移测量设备四部分共同实施，见图1.6-1。
图1.6-1钢支撑轴力伺服系统示意图
主控系统与数控泵站通过无线通讯方式进行数据传输，支撑头总成内的千斤顶与数控泵站内的油泵使用高压油管连接，位移测量装置由数据线与数控泵站连接，见图1.6-2。主控系统、数控泵站和支撑头总成三者形成闭环测控，以基坑围护结构的位移测量数据为控制目标，见图1.6-3，调整钢支撑轴力的加卸载。支撑头总成作为加载和油缸行程测量的前端，将油缸行程信息反馈给主控系统，结合位移控制要求进行钢支撑轴力的调整。
图1.6-2支撑头总成结构示意图
图1.6-3基坑变形测量示意图
该技术以基坑变形数据为测控依据，通过数控泵站调控支撑头总成施加轴力，达到限制基坑变形目的，提高深基坑自身稳定性，降低基坑变形对周边环境的不利影响。
3、主要技术性能和技术特点
（1）创新的技术理念：该技术通过支撑头总成对围护结构施加反力，变被动支撑为主动控制，改变了原有支撑体系的工作原理。
（2）数控加载技术：数控泵站根据主控系统指令，通过变频器控制电机的转速直接调整液压泵输出的液压流量来实现精细数控加载；同时确保液压系统不会长期处于满负荷状态，最大程度降低了液压系统的不稳定性。
（3）双机械锁安全保障技术：采用双机械锁技术来增加安全保障，对称式双螺杆式机械锁位于千斤顶两侧，可在千斤顶发生故障时对支撑头总成进行锁定，仍可形成稳定的支撑受力系统，避免了设备故障维修带来的基坑失稳风险。
（4）物联网监测技术：应用超声波、激光测距技术和油压传感技术对变形和加载进行实时监测，并通过物联网技术采用无线传输方式汇入远程主控平台，实现数据管理的远程化和自动化，确保监测数据的有效性和及时性。
4、适用范围及应用条件
适用于周边结构物对变形控制要求高或基坑自身安全性需求高的深基坑工程。
5、已应用情况
钢支撑轴力伺服系统自2007年首次应用于深基坑支护以来，在上海、深圳、南京、苏州、杭州、宁波、合肥等城市已经有上百个项目的应用案例，目前，在上海地铁13号线、14号线和15号线等多个车站基坑工程中取得良好效果。其中14号线浦东大道站采用伺服技术的基坑段比未采用伺服技术的基坑段平均水平位移减小了50%以上；13号线张江路站基坑共5道支撑，采用伺服系统进行支护，最终平均水平位移控制在18mm以内。
通过数据对比显示，采用钢支撑轴力伺服技术在基坑工程中的应用有效限制了基坑变形，在提升基坑自身稳定性基础上，更对周边环境形成良好的保护作用。
本文内容来源住建部《城市轨道交通工程创新技术指南》
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