專利名稱：鋼支撐支護(hù)內(nèi)力自動(dòng)補(bǔ)償及位移控制系統(tǒng)及控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于建筑支撐構(gòu)件受力自動(dòng)控制與監(jiān)測(cè)技術(shù)結(jié)構(gòu)安全技術(shù)領(lǐng)域，特 別涉及一種鋼支撐支護(hù)內(nèi)力自動(dòng)補(bǔ)償及位移控制系統(tǒng)。具體說是運(yùn)用"剛性地 連墻理論"，通過本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)鋼支撐軸力的自動(dòng)控制與監(jiān)測(cè)，確保鋼支撐的軸力 嚴(yán)格滿足設(shè)計(jì)要求和實(shí)際工程需要，并結(jié)合基坑安全健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)反饋基 坑支護(hù)結(jié)構(gòu)安全狀態(tài)，經(jīng)由專家綜合判斷，不斷循環(huán)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，達(dá)到工程 安全順利地實(shí)施之目的。
背景技術(shù)：
隨著城市建設(shè)規(guī)模的日益加快，城市基礎(chǔ)設(shè)施如地鐵、隧道等在大城市中 不斷延伸。我國(guó)軟土地區(qū)諸如上海、天津、南京等大量地區(qū)在地鐵、隧道周邊 的興建建筑物越來越多，且隨著我國(guó)對(duì)生態(tài)環(huán)境的保護(hù)意識(shí)逐漸提高，對(duì)城市 施工對(duì)周邊的影響控制日趨嚴(yán)格，在此類軟土地區(qū)鄰近地鐵、隧道周邊興建的 建筑基坑施工面臨越來越大的技術(shù)難題需要攻克。在鄰近地鐵周邊地區(qū)，地鐵 隧道本身對(duì)環(huán)境非常敏感，如何更好的控制基坑工程施工時(shí)產(chǎn)生的支護(hù)結(jié)構(gòu)變 形，以達(dá)到地鐵隧道運(yùn)營(yíng)的需求，而目前國(guó)內(nèi)外常規(guī)施工技術(shù)已經(jīng)無法滿足地 鐵運(yùn)營(yíng)苛刻的變形和沉降要求。已經(jīng)在若干個(gè)工程中體現(xiàn)出來，并日益困擾廣 大工程技術(shù)人員。
目前，公知的深基坑工程預(yù)應(yīng)力鋼支撐施工，采用人工手動(dòng)加載的方式，
預(yù)應(yīng)力損失一般為20 40%，甚至更大。當(dāng)支護(hù)結(jié)構(gòu)變形較大且測(cè)量結(jié)果反饋需 要復(fù)加預(yù)應(yīng)力的損失時(shí)，重新安裝千斤頂并進(jìn)行加載，隨后在新位置鎖定鋼支 撐，此加壓過程較為緩慢且不利于對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)和周邊環(huán)境變形要求的及時(shí)控制。目前，緊鄰地鐵周邊進(jìn)行深基坑工程施工時(shí)，進(jìn)行了周邊施工對(duì)地鐵隧道 影響的監(jiān)測(cè)及分析，僅在地鐵隧道內(nèi)部實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)監(jiān)測(cè)，信息化手段應(yīng)用不充 分?；邮┕ひ揽總鹘y(tǒng)方法和手段，實(shí)現(xiàn)不了支撐軸力的自動(dòng)補(bǔ)償，鋼支撐軸 力損失較大，地鐵側(cè)向變形較大，無法滿足地鐵變形和沉降的苛刻要求。
通過檢索國(guó)內(nèi)、外相關(guān)文獻(xiàn)，尚未發(fā)現(xiàn)與本系統(tǒng)相類似的研究方法、研究 成果或產(chǎn)品。國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家如美國(guó)、日本也僅停留在"基坑監(jiān)測(cè)+人工維持鋼支 撐軸力"的階段。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的的目的是提供一種鋼支撐支護(hù)內(nèi)力自動(dòng)補(bǔ)償及位移控制系統(tǒng)及控
制方法，該系統(tǒng)包括上位系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)模塊和現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行系統(tǒng)組成。鋼支撐 4安裝在鋼筋混凝土地下連續(xù)墻10上，千斤頂裝置5安裝在鋼支撐4和鋼筋混 凝土地下連續(xù)墻10之間，壓力傳感器6固定在千斤頂裝置5上，壓力傳感器6 通過模/數(shù)轉(zhuǎn)換8和PLC控制系統(tǒng)模塊2連接，千斤頂裝置5通過液壓油路9連 接液壓泵站3， PLC控制系統(tǒng)模塊2分別連接上位系統(tǒng)1和液壓泵站3。
所述千斤頂裝置5的安裝結(jié)構(gòu)如下在鋼筋混凝土地下連續(xù)墻10中預(yù)埋鋼 板16，安裝支座15通過焊接與預(yù)埋鋼板16連接；在安裝支座15上安放支座箱 13，支座箱13與鋼支撐4上的活絡(luò)頭12通過螺栓連接為整體；裝置安裝好后， 放置液壓千斤頂14，至此千斤頂裝置安裝完畢。
所述位移控制系統(tǒng)的控制方法是鋼支撐4的應(yīng)力狀態(tài)通過壓力傳感器6采 集模擬信號(hào)，經(jīng)過模/數(shù)轉(zhuǎn)換8將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后傳送給PLC控制系 統(tǒng)模塊2，然后傳送給上位系統(tǒng)l，上位系統(tǒng)l中的計(jì)算機(jī)軟件處理接受的數(shù)字 信號(hào)，上位系統(tǒng)1的指令通過PLC控制系統(tǒng)模塊2轉(zhuǎn)換成電信號(hào)控制執(zhí)行系統(tǒng)中的液壓泵站3和千斤頂裝置5的工作，對(duì)鋼支撐進(jìn)行制動(dòng)控制，從而形成對(duì) 鋼支撐4的自動(dòng)控制，鋼支撐4的應(yīng)力狀態(tài)通過壓力傳感器6實(shí)時(shí)反饋至計(jì)算 機(jī)軟件系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)與控制系統(tǒng)的實(shí)施通信；液壓泵站3通過液壓油路9控制千 斤頂裝置5的加壓和減壓，實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼支撐支護(hù)內(nèi)力自動(dòng)補(bǔ)償及位移控制，進(jìn)而 保證緊鄰地鐵隧道11的變形和沉降控制在合理范圍內(nèi)。
本發(fā)明的有意效果是(1)提出了基坑鋼支撐軸力自動(dòng)控制的理念和方法， 改善了基坑受力變形性能，有效控制了緊鄰地鐵隧道的變形和沉降，解決了常 規(guī)方法所無法克服的技術(shù)難題。(2)確保了工程順利實(shí)施，保證了工程施工的 質(zhì)量，方便了施工，大大提高了工程實(shí)施的進(jìn)度。(3)在實(shí)施過程中實(shí)現(xiàn)了信 息化施工，對(duì)鋼支撐軸力的監(jiān)測(cè)和控制實(shí)現(xiàn)了 24小時(shí)不間數(shù)據(jù)傳輸，減少了人 力資源成本，使工程適中處于可控和可知的狀態(tài)下，具有顯著的社會(huì)效益。


圖l為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明實(shí)施系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖。
圖3為圖2中的千斤頂裝置安裝節(jié)點(diǎn)圖。
圖中，1-上位系統(tǒng)(要組成部件有工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、顯示器、自動(dòng)控制軟 件)，2-PLC控制系統(tǒng)模塊，3-液壓泵站，4-鋼支撐，5-千斤頂及其裝置，6-壓 力傳感器，7-報(bào)警燈，8-模/數(shù)轉(zhuǎn)換，9-液壓油路，10-鋼筋混凝土地下連續(xù)墻， 11-地鐵隧道，12-活絡(luò)頭，13-支座箱，14-液壓千斤頂，15-支座板，16-預(yù)埋
具體實(shí)施方式
本發(fā)明提供一種鋼支撐支護(hù)內(nèi)力自動(dòng)補(bǔ)償及位移控制系統(tǒng)及控制方法，下 面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。在圖1所示本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖和
圖2所示的本發(fā)明實(shí)施系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖中，鋼支撐4安裝在鋼筋混凝土地下連 續(xù)墻10上，千斤頂裝置5安裝在鋼支撐4和鋼筋混凝土地下連續(xù)墻10之間， 壓力傳感器6固定在千斤頂裝置5上，壓力傳感器6通過模/數(shù)轉(zhuǎn)換8和PLC控 制系統(tǒng)模塊2連接，千斤頂裝置5通過液壓油路9連接液壓泵站3， PLC控制系 統(tǒng)模塊2分別連接上位系統(tǒng)1和液壓泵站3。
在圖3所示的千斤頂裝置安裝節(jié)點(diǎn)圖中，千斤頂裝置5的安裝結(jié)構(gòu)如下 在鋼筋混凝土地下連續(xù)墻10中預(yù)埋鋼板16，安裝支座15通過焊接與預(yù)埋鋼板 16連接；在安裝支座15上安放支座箱13，支座箱13與鋼支撐4上的活絡(luò)頭12 通過螺栓連接為整體。裝置安裝好后，放置液壓千斤頂14，至此千斤頂裝置安 裝完畢。
所述位移控制系統(tǒng)的控制方法是鋼支撐4的應(yīng)力狀態(tài)通過壓力傳感器6采 集模擬信號(hào)，經(jīng)過模/數(shù)轉(zhuǎn)換8將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后傳送給PLC控制系 統(tǒng)模塊2，然后傳送給上位系統(tǒng)l，上位系統(tǒng)l中的計(jì)算機(jī)軟件處理接受的數(shù)字 信號(hào)，上位系統(tǒng)1的指令通過PLC控制系統(tǒng)模塊2轉(zhuǎn)換成電信號(hào)控制執(zhí)行系統(tǒng) 中的液壓泵站3和千斤頂裝置5的工作，對(duì)鋼支撐進(jìn)行制動(dòng)控制，從而形成對(duì) 鋼支撐4的自動(dòng)控制，鋼支撐4的應(yīng)力狀態(tài)通過壓力傳感器6實(shí)時(shí)反饋至計(jì)算 機(jī)軟件系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)與控制系統(tǒng)的實(shí)施通信；液壓泵站3通過液壓油路9控制千 斤頂裝置5的加壓和減壓，實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼支撐支護(hù)內(nèi)力自動(dòng)補(bǔ)償及位移控制，進(jìn)而 保證緊鄰地鐵隧道11的變形和沉降控制在合理范圍內(nèi)(如圖2所示)。
實(shí)施例本發(fā)明的施工工藝過程如下
1. 液壓泵站就位，PLC控制系統(tǒng)就位，上位系統(tǒng)就位；
2. 跟隨建筑基坑土方開挖進(jìn)度，鋼支撐安裝、液壓千斤頂安裝、壓力傳感 器安裝。
3. 現(xiàn)場(chǎng)布線，實(shí)現(xiàn)電路信號(hào)通信連接，連接液壓油路。
4. 自動(dòng)控制系統(tǒng)開始運(yùn)行工作。
5. 在上位系統(tǒng)的自動(dòng)控制軟件界面中通過參數(shù)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)鋼支撐軸力的壓 力調(diào)整。
6. 鋼支撐軸力壓力調(diào)整符合設(shè)計(jì)要求后，進(jìn)入自動(dòng)控制狀態(tài)(保壓狀態(tài))。
在鋼支撐軸力自動(dòng)控制過程中，正常情況下可無人值守實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的實(shí)施 監(jiān)測(cè)和控制，如發(fā)生壓力異常情況系統(tǒng)的報(bào)警燈7會(huì)自動(dòng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，提示 工作人員根據(jù)操作要求進(jìn)行相應(yīng)的處理。鋼支撐支護(hù)內(nèi)力自動(dòng)補(bǔ)償及位移控制 系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)鋼支撐軸力在線實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、顯示和內(nèi)力報(bào)警設(shè)定、壓力曲線、 報(bào)表制作/打印、歷史數(shù)據(jù)存貯等功能，并根據(jù)實(shí)際需要控制千斤頂液壓缸的壓 力，以控制位移變形情況。
7. 施工完畢后，拆除相應(yīng)液壓千斤頂，回收相應(yīng)管線，系統(tǒng)停止工作。
鋼支撐支護(hù)內(nèi)力自動(dòng)補(bǔ)償及位移控制系統(tǒng)的發(fā)明，不僅解決了工程遇到的 巨大技術(shù)難關(guān)，保證了本工程的正常實(shí)施，而且經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益非常顯著。 本成果的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益如下
改善了基坑受力變形性能，有效控制了緊鄰地鐵隧道的變形和沉降，解決 了常規(guī)方法所無法克服的技術(shù)難題。確保了工程順利實(shí)施，保證了工程施工的質(zhì)量，方便了施工，大大提高了工程實(shí)施的進(jìn)度。實(shí)現(xiàn)了完全意義的信息化施工，對(duì)鋼支撐軸力的監(jiān)測(cè)和控制實(shí)現(xiàn)了 24小時(shí) 不間數(shù)據(jù)傳輸，減少了人力資源成本，使工程適中處于可控和可知的狀態(tài)下，具有顯著的社會(huì)效益。隨著上海、天津等軟土地區(qū)城市建設(shè)的發(fā)展，交通便利的地鐵將成為房地 產(chǎn)項(xiàng)目開發(fā)的賣點(diǎn)，可以預(yù)見越來越多的項(xiàng)目將建在地鐵附近，并和地鐵的出 入口相連接，因此本項(xiàng)目發(fā)明的系統(tǒng)將會(huì)有很大的市場(chǎng)前景，通過確保地鐵的 正常運(yùn)行，將產(chǎn)生巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)該發(fā)明成果還可應(yīng)用到其 它類似環(huán)境中，如減少基坑開挖對(duì)周邊建筑物的影響等等。
權(quán)利要求
1.一種鋼支撐支護(hù)內(nèi)力自動(dòng)補(bǔ)償及位移控制系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)的鋼支撐(4)安裝在鋼筋混凝土地下連續(xù)墻(10)上，千斤頂裝置(5)安裝在鋼支撐(4)和鋼筋混凝土地下連續(xù)墻(10)之間，壓力傳感器(6)固定在千斤頂裝置(5)上，壓力傳感器(6)通過模/數(shù)轉(zhuǎn)換(8)和PLC控制系統(tǒng)模塊(2)連接，千斤頂裝置(5)通過液壓油路(9)連接液壓泵站(3)，PLC控制系統(tǒng)模塊(2)分別連接上位系統(tǒng)(1)和液壓泵站(3)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述鋼支撐支護(hù)內(nèi)力自動(dòng)補(bǔ)償及位移控制系統(tǒng)，其特征 在于，所述千斤頂裝置(5)的安裝結(jié)構(gòu)如下在鋼筋混凝土地下連續(xù)墻(10) 中預(yù)埋鋼板(16)，安裝支座(15)通過焊接與預(yù)埋鋼板(16)連接；在安裝支 座(15)上安放支座箱(13)，支座箱(13)與鋼支撐(4)上的活絡(luò)頭(12) 通過螺栓連接為整體，然后放置液壓千斤頂(14)，至此千斤頂裝置安裝完畢。
3. —種鋼支撐支護(hù)內(nèi)力自動(dòng)補(bǔ)償及位移控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于， 所述位移控制系統(tǒng)的控制方法是鋼支撐(4)的應(yīng)力狀態(tài)通過壓力傳感器(6) 采集模擬信號(hào)，經(jīng)過模/數(shù)轉(zhuǎn)換(8)將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后傳送給PLC 控制系統(tǒng)模塊(2)，然后傳送給上位系統(tǒng)(1)，上位系統(tǒng)(1)中的計(jì)算機(jī)軟件 處理接受的數(shù)字信號(hào)，上位系統(tǒng)(1)的指令通過PLC控制系統(tǒng)模塊(2)轉(zhuǎn)換 成電信號(hào)控制執(zhí)行系統(tǒng)中的液壓泵站(3)和千斤頂裝置(5)的工作，對(duì)鋼支 撐進(jìn)行制動(dòng)控制，從而形成對(duì)鋼支撐(4)的自動(dòng)控制，鋼支撐(4)的應(yīng)力狀 態(tài)通過壓力傳感器(6)實(shí)時(shí)反饋至計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)與控制系統(tǒng)的實(shí)施通 信;液壓泵站(3)通過液壓油路(9)控制千斤頂裝置(5)的加壓和減壓，實(shí) 現(xiàn)對(duì)鋼支撐支護(hù)內(nèi)力自動(dòng)補(bǔ)償及位移控制，進(jìn)而保證緊鄰地鐵隧道(11)的變 形和沉降控制在合理范圍內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明公開了屬于建筑支撐構(gòu)件受力自動(dòng)控制與監(jiān)測(cè)、結(jié)構(gòu)安全技術(shù)領(lǐng)域的涉及一種鋼支撐支護(hù)內(nèi)力自動(dòng)補(bǔ)償及位移控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括上位系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)模塊和現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行系統(tǒng)組成。鋼支撐安裝在鋼筋混凝土地下連續(xù)墻上，在鋼支撐上安裝液壓千斤頂，通過壓力傳感器實(shí)時(shí)反饋壓力監(jiān)測(cè)值。鋼支撐與液壓千斤頂組成預(yù)應(yīng)力鋼支撐結(jié)構(gòu)，液壓千斤頂通過油路與液壓泵站連接，液壓千斤頂通過壓力傳感器與PLC控制系統(tǒng)模塊連接，液壓泵站與PLC控制系統(tǒng)模塊連接，PLC控制設(shè)備與上位設(shè)備連接。通過自動(dòng)控制軟件和PLC控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼支撐軸力的自動(dòng)控制，從而控制深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)和相鄰基礎(chǔ)設(shè)施的位移和沉降。
文檔編號(hào)E02D17/04GK101294389SQ200810100810
公開日2008年10月29日 申請(qǐng)日期2008年2月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月22日
發(fā)明者史志強(qiáng), 尹文斌, 鍵 朱, 李建芬, 王建英, 鄧明勝, 郭偉光 申請(qǐng)人:中建國(guó)際建設(shè)有限公司;中國(guó)建筑工程總公司