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摘要：地铁基坑施工对周边变形控制要求高的建筑物存在威胁，尤其在软弱地层中，变形抑制成为难题。本文介绍了伺服支撑系统在抑制地铁基坑旁城轨高架车站桥桩变形中的应用。通过该技术在佛山地铁北滘站项目的成功实施,为类似工程提供有益借鉴。
关键词：桥墩 变形控制 伺服支撑系统 加载 监测数据
一、工程概况
拟新建佛山市地铁三号线北滘站设置于规划横五路路面以下，位于广佛环线北滘站南侧。车站终点里程端盾构井地下连续墙外侧距离广佛环线其桩基约6.5m；车站标准段地下连续墙外侧距离广佛环线其桩基约9.4m。双方相互关系见下图:
佛山地铁北滘站为二层站，车站主体长215 米，标准段宽 20.70 米，结构埋深约15.08m，起终点盾构端宽25.1m，结构埋深约16.23m，围护结构标准段采用800mm厚地下连续墙+两道混凝土支撑+一道钢支撑，盾构端采用800 厚地下连续墙+三道钢筋混凝土支撑，地下连续墙深约36m~41m。佛山地铁北滘站主要变形控制标准：连续墙顶部水平位移≤25mm，变化速率≤2mm/d；连续墙顶部竖向位移≤10mm，变化速率≤2mm/d；深层水平位移≤围护结构变形计算值，变化速率≤2mm/d。
广佛环线北滘站为地上三层站，站台长度为 210m，宽度为11.5m，车站站房长约185 米，宽约41.4 米，结构高度19.96m(室外地面至站台结构面)，基础采用钢筋混凝土钻孔灌注桩，桩长41m 为摩擦端承桩。广佛环线修建工程主要变形控制标准：站房结构桩基础的平均沉降量≤120mm，相邻柱基础的沉降差≤16.4mm；桥梁结构①按规范要求桥梁桩顶最大水平位移不超过6mm；同时满足结构强度、裂缝、应力及变形要求；②墩台均匀沉降≤20mm，相邻墩台沉降差≤10mm（简支梁），连续梁相邻墩台沉降差≤5mm（连续梁）。
由于新建地铁站佛山地铁北滘站基坑离已有广佛环线北滘站桥梁结构基础较近，在基坑开挖施工过程中变形会引起广佛环线高架桥变形而导致已有车站停止运营或需重新加固等风险。
二、为降低地铁基坑施工对广佛环线高架桥变形影响的主要措施
1、对地铁车站与广佛环线高架站之间的土体及高架站桥墩基础周围土体进行袖阀管注浆加固，加强改善软弱土层的物理参数指标，注浆深度为地铁车站基底以下1m，穿过滑动面。
2、在地铁车站与广佛环线高架站之间沿地铁基坑长边方向每20m设置一口回灌井，共13口。当坑外监测水位累计变化量超过2m，且水位下降速率超过1m/d时进行回灌。
3、在基坑北侧地下连续墙外侧墙缝处用800@600旋喷桩加固至基底下3m，旋喷桩施工影响范围为800mm，在墙间形成截水屏障，确保墙间不渗漏水。
4、在地铁车站围护结构与高架站桥墩间设置伺服支撑系统。
伺服支撑系统多用于钢支撑轴力补偿，在钢支撑头上增加液压补偿体系，综合控制位移与压力，稳定控制基坑钢管轴向支撑力，以达到设计预加轴力的要求，从而控制围护变形。
本项目中在地铁车站围护结构与高架站桥墩间设置砼支撑，砼支撑中间断开用自动伺服千斤顶连接，以广佛环桥墩变形趋势为测控依据，通过千斤顶补偿轴力和位移，达到限制桥墩变形目的。
三、伺服支撑系统
（一）设计方案
1、变形控制目标：地铁基坑施工期间对应广佛环的桩顶水平位移不得超2.5mm极限值。
2、伺服支撑系统的架构：由位移监控系统、电控系统和液压动力系统3个子系统组成。
1）位移监控系统每日收集、汇总和分析接力顶撑的收敛监测值和广佛环桥墩的位移监测值，并将监测的位移数据传送入电控系统；
2）电控系统根据监测数据，实时控制液压动力系统，并对整个系统控制过程进行实时数据记录保存，对超限数据进行报警；
3）液压动力系统预加力为200KN，轴力值每级加载按200KN施加，且依据第三方测斜数据实时调整，最大值不应超过设计值2500KN，并将输出力的数据实时反馈给电控系统。
（二）支撑头安全设计结构
支撑头总成由带机械锁的框架与液压千斤顶组成，支撑头总成与混凝土支撑的法兰采用螺栓进行连接拼装，TH-AFS(A)支撑轴力伺服系统的支撑头总成采用与千斤顶分离的双机械锁自锁装置。
（三）伺服支撑位移监测系统
支撑轴力伺服系统是为土木工程深基坑开挖施工提供的一套系统化的安全控制及解决方案。监测系统将混凝土支撑的轴力与位移数据统一管理，系统化分析。当监测数据超过预警范围，就会产生自动报警，可按需设置预警值（轴力限值或位移限值）。报警等级可以根据标题颜色区分。
每类测项可设置统一的报警域值，同时也可以细化到每个测项，单独设置。域值设置包含绝对值报警和变化值报警两种。
四、伺服支撑系统布设
依据设计图纸总计采用320T伺服支撑7个，均匀分布在广佛环城际北滘站与地铁车站基坑之间（靠近基坑侧，避免日后被车辆破坏），所需泵站数量共计1台。
五、伺服支撑系统设备安装及调试
（一）设备安装及调试
按照工程施工计划备足伺服端头、泵站、监控系统、及各种规格长度液压胶管等相关材料。各种材料进场前列明型号、规格与数量清单，且必须经质量检验合格方可按施工进度分批进场。泵站、油管、千斤顶、伺服端头、传感器、数据线等钢管支撑运至现场后，安放在合适的位置。其中，每根油管及数据线的长度根据泵站至千斤顶间的距离计算后确定。
在正式施工之前需要提前准备好油管走线、监控室。根据现场施工条件，与交叉施工面的班组沟通油管走线方式。泵站靠近4号伺服千斤顶（基坑中间的伺服千斤顶）放置。
1、设备接电
施工用电采用3级安全用电(一级电箱-二级电箱-设备)。施工前需确定二级电箱的位置。与一级电箱连接前需报请项目部电工批准，连接所用电缆必须使用国标三相五芯电缆。电箱就位后及时进行检测，确保现场的正常供电。
2、设备调试
调试之前，伺服泵站需添加标号46#抗磨液压油。每台泵站油箱容量约为100L。系统上电后，分别测试系统上压、保压、电磁阀切换、手动加载、自动加载、通讯距离。
3、捆扎油管和位移线
将位移线接上超声波传感器测试，确认正常后和两条油管一起用扎带绑扎，捆扎距离50cm左右。且位移线的两端要用电工胶带缠起来，防止进入异物。油管与油管连接采用对丝接头，每一处连接都要添加一个垫片。进油、回油管路应做好明显的标识，便于区分。
4、混凝土支撑及伺服头总成拼装
混凝土支撑施工时，应注意支撑位置预留安装伺服支撑的宽度，中部预留尺寸为960mm。支撑头总成南侧（靠近地铁站地连墙处）与混凝土支撑端面预埋钢板使用高强度螺栓进行连接，支撑头总成连接面厚度为45mm，螺栓长度应不小于100mm。北侧混凝土支撑预埋钢板焊接伺服支撑托架，支撑头总成搁置其上。安装保证伺服支撑中心与混凝土支撑中心在同一轴线上。
5、混凝土支撑拼装需符合以下要求：
1）表面处理：在安装支撑之前，需对安装支撑部位的围护体表面进行处理，在以支撑为中心点的800×800 范围内的围护突出部分混凝土凿平，平整度不小于2%，然后安装三角形支撑托架；
2）拼装好后检查支撑连接是否紧密、支撑管有无破损或变形、支撑两个端头是否平整，接头箱的焊缝是否饱满，经检查合格后用红油漆在支撑上编号，标明支撑的长度、安装的具体位置。
6、油管及数据线的安装
油管与数据线从泵站上对应的油路及数据接口接出来，沿着地连墙墙边到达千斤顶上方。人员下坑后，安装超声波传感器，其端面与安装端面平齐，然后连接位移线，观察超声波传感器的指示灯是否正常。再连接油管，进油管连接千斤顶的下腔，回油管连接千斤顶的上腔，并添加垫片。然后用扎带将位移线和油管捆扎在支撑头上，使其接头处不要处于受力状态。
7、施加轴力
施加轴力应分级缓慢加压，支撑施加压力过程中，当出现混凝土支撑开裂等异常情况是应及时卸除压力，查明原因并采取适当措施后方可继续施加压力。轴力施加完成后需对所有的螺栓进行复紧。
8、锁定机械锁
轴力施加到设计值的10%后持荷五分钟，人工锁住机械锁。机械锁与支撑头总成保留约5mm的间隙。完成后对机械锁添加护套，避免机械锁被现场泥浆、水泥浆污染。
9、线缆的整理与保护
轴力施加完成后对油管线缆进行梳理，油管线缆应固定绑扎在预先埋设的线缆支架上，同一根支撑的油管走向应保持在同一水平面上，多余的线缆应卷曲绑扎。不同的线缆之间应留有一定的空隙，线缆严禁打结、缠绕。线缆固定完成后应对现场负责人进行交底，提醒工作到位，加强保护工作。
10、测控
系统测控采用闭环连续测控。如测控方式发生改变需报请项目技术部及设计单位批准。在系统测控的同时现场辅以人工监控。现场设置监控小组，分别进行监控室监控及人工巡查。监控室保证24小时有人值守（或远程在线值守），对数据异常第一时间反应。
需第三方监测每天将监测数据提交给伺服单位，并对照伺服支撑系统的位移监控系统，准确做出判断，为伺服单位提供测控依据。
11、现场运行管理
现场运行管理试行项目负责人责任制，项目负责人在现场负责与项目部的沟通，同时应填写施工日志及现场考勤记录、建立现场仓库管理台账、故障件维修记录。各种表单及记录应准确、详实、完整，并每月提交给工程部负责人进行审查。
（二）加载卸载方法
伺服支撑系统轴力施加应按照设计要求，以位移（基坑开挖过程中广佛环桥段桩顶位移不得超过2.5mm）和顶力（不得超过2500KN）双控，位移监测系统反馈数据给电控系统，电控系统控制液压动力系统自动补偿轴力和位移。同时，根据人工监测数据进行人工管理操作，进行分级加载（液压动力系统预加力为200KN，轴力值每级加载按200KN施加）。在加力完成后锁紧机械锁保护装置。
当城际铁路桥桩顶监测水平位移值达到预警值（即监测指标变化量为监控量测控制值的60%，为1.5mm）时，将自动加载改为人工操作加载模式，采用轴力分级加载的方式，每次加载轴力不超过250KN，轴力增加完成后4~5小时后应由第三方监测单位监控桥墩位移变形，若变形收敛则保持轴力，并停止加载，若继续快速增大，则进行下一级加载，直到桥墩位移收敛。
若轴力达到安全上限时（即2500KN）或城际铁路桥桩顶监测水平位移值达到预警值（即监测指标变化量为监控量测控制值的80%，为2mm）时，采取风险处理，加强监测，同时召集参建各方分析原因。
另外，为防止设置误操作，进行某一工况轴力加载时，采取多次累积加载到最终设计值，每次压力改变量不应超过设定顶力值的20KN。
（三）监测数据要求
在开挖之前借助现有倾角传感器测得原始数据。支撑施工完毕，土方开挖开始之后应每日及时测得桥墩倾斜、地下连续墙墙顶水平位移、接力顶撑水平收敛等监测数据，并且每日定时提交轴力日报表。当城际铁路桥桩顶监测水平位移值达到预警值（即监测指标变化量为监控量测控制值的60%，为1.5mm）时，电控系统将发出报警信息。在确保广佛环桥墩安全的同时，需实时监控、分析连续墙墙顶水平位移，若其数据达到预警值（即17.5mm）时不再加载，保证连续墙墙顶水平位移不超过控制值（即25mm）。
六、实施效果检验及结论
目前，7个伺服支撑已经施工完毕，正常工作2个月。地铁基坑土方开挖过程中，通过自动伺服系统自动补偿，桥墩位移一直控制在1mm以内，变形抑制效果显著，地铁车站和高架车站处于正常施工状态，为以后类似项目的施工提供借鉴经验。
参考文献：
【1】住房和城乡建设部.《建筑基坑工程监测技术规范》
【2】住房和城乡建设部.《城市轨道交通地下工程监测技术规范》
【3】建筑施工.吉茂杰《钢支撑伺服系统在轨道工程中的应用》
论文作者:张志洁
论文发表刊物:《防护工程》2018年第35期
论文发表时间:2019/4/2
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