曹亮
北京市政路桥股份有限公司 北京 100020
摘要：对钢支撑伺服系统来说，其在轨道交通工程中得到了广泛的使用。鉴于此，依据某轨道交通地铁17号线的基坑工程案例，详细比较了普通支撑和伺服支撑的变形控制数据，并在此基础上站在理论的立场上深度剖析了变形的组成，充分论证了轴力伺服钢支撑在变形控制方面的有效性，以便可以从整体上为持续完善支撑轴力伺服系统的控制算法提供有价值的参考数据。
关键词：钢支撑伺服系统；基坑变形控制；轨道交通工程
引言
现在轨道交通地铁17号线明挖车站，维护结构是地连墙，钢支撑带格构柱形式，标准段26米，扩大端35米，防水采用预铺反粘高分子防水卷材。车站四周环境趋于繁琐化，车站西南侧的一个地方距离车站很近。基坑①~⑤轴之间全部钢支撑都使用轴力伺服系统，而⑤~⑩轴之间部分钢支撑使用轴力伺服系统。鉴于此，在充分结合该工程案例的基础上，从以下几个方面对钢支撑伺服系统在轨道交通工程中的应用进行探讨。
1伺服钢支撑工作原理
结合相关实践调查可知，普通钢支撑预加轴力之后会在其活络端打入钢楔块，这样做的目的是为了锁定轴力，在实际锁定期间因为钢楔块的变形会造成瞬间的轴力损失，同时钢支撑基于连续墙不断挤压之下很容易衍生出弹性压缩，这样就无法实现对钢支撑的轴力以及长度的科学调节，不得不被动受压。对伺服钢支撑进行分析后，可以得知：其实际上是把普通钢支撑的活络端转变成专用支撑头，同时该支撑头里面要设置相应的千斤顶，能够智能地结合设定的程序实现对钢支撑轴力以及位移 的科学调控。基于地下连续墙变形向内挤压钢支撑令其缩短的状态下，支撑头会马上对千斤顶的油缸加以调节，令油缸形成向外的行程，旨在对钢支撑的压缩量加以补偿，继而从源头上降低地下连续墙变形情况发生的概率。而针对超声波测距传感器来说，其能够实现对千斤顶油缸行程的科学检测，该行程将用于以下几个方面中：一是支撑轴力的控制；二是基坑变形数据分析。
2钢支撑变形的理论计算
从理论的视角出发对基坑变形的组成进行深度剖析，继而对伺服钢支撑变形较小的原因进行详细讲解。鉴于此，从钢支撑在轴压力作用下的变形、钢支撑在温度作用下的变形、钢支撑在工作状态下的理论最大压缩值这几个方面进行探讨，并结合自身经验提出相关见解，旨在希望可以为持续完善支撑轴力伺服系统的控制算法提供有价值的参考数据。
2.1 钢支撑在轴压力作用下的变形
对该轨道交通工程项目进行深度剖析后，可以得知以下几点信息：一是第3道钢支撑属于φ609mm钢支撑；二是外径D=609mm；三是壁厚t=16mm；四是钢支撑长度L=24m；五是钢材弹性模量为E=210×103MPa。通过详细计算后可以发现，φ609mm钢支撑的受力面积A=29792mm2，那么这个时候就可以看到钢支撑基于轴压力不断作用之下所衍生出来的压缩值为lF=F·L/（A·E）。对这一式子进行深入分析后可以得到与之相匹配的压缩值。
2.2 钢支撑在温度作用下的变形
结合相关实践调查可知，钢支撑长为24m，线膨胀系数是12×10-6K-1，该轨道交通工程项目在具体施工时的最大温度是15K，所以该钢支撑热胀冷缩的最大变形值应当保持在lt=4.32mm的范围内为宜。
2.3 钢支撑在工作状态下的理论最大压缩值
众所周知，钢支撑在欲加轴力的持续作用下，会慢慢产生初始压缩变形，然后开始工作，基于土压力的持续作用之下，钢支撑的轴压也会致使变形越来越明显，各轴压力增量Δlf以及变形lt之和就是它的理论变形值lth。所以这个时候就会得到这一公式，即lth=ΔlF＋lt。倘若轴压力是在1400kN的情况下，那么此时出现初始压缩变形lF=5.37mm，且ΔlF=0mm；如果轴压力是在1700kN的情况下，那么这个时候钢支撑压缩值lF=6.52mm，同时ΔlF=6.52－5.37=1.15mm；假如轴压力 是在2000kN的情况下，那么此时钢支撑压缩值lF=7.67mm，ΔlF=7.67－5.37=2.30mm。显而易见的是，基于不同轴力不断作用之下钢支撑的理论最大压缩值请看表2所示。而针对第3道钢支撑在各开挖节点的实际压缩值，请看表1所示。将表1和表2进行详细对比之后，可以得知：伺服钢支撑的实际和理论压缩值没有明显的差距，但是非伺服钢支撑的实际压缩值要比非伺服钢支撑的理论压缩值高出很多。针对轴力伺服系统的特点来说，其主要在于它能够通过调整油缸长度来实现对钢支撑压缩量的有效补偿，并在此基础上那个对地下连续墙的位移进行科学把控；但就普通钢支撑而言，其因为不能主动实现对自身长度的科学调整，所以基于地下连续墙的不断作用之下，无论是压缩还是挠曲变形均会在很大程度上令钢支撑形成很大的压缩，继而增加地下连续墙位移情况发生的概率。表3中伺服钢支撑的位移控制效果和非伺服钢支撑的位移控制效果存在着较大的差异性，究其原因在于伺服钢支撑自主调节自身长度解决了钢支撑在挠曲变形与节点压缩期间所形成的变形。显而易见的是，使用伺服段的变形要比使用非伺服段的变形低出很多，该变形差将在下节中得到数据证明。
表1第3道钢支撑在各开挖节点的实际压缩值
3伺服钢支撑的变形
从客观的角度出发来讲，支撑轴力伺服系统的位移测量功能实际上是借助于检测支撑头内千斤顶的行程才得以实现的，而超声波测距仪是现阶段较为前卫的一种位移测量方法，该轨道交通工程项目使用的支撑轴力伺服系统即采取超声波测距仪展开位移测量工作的。和P2测斜管与之相匹配的第3道伺服钢支撑是3-P2，所以在3-P2安装当日以及5-P2安装当日的平均轴力和平均油缸行程内容请看表3所示。对支撑轴力伺服系统的数据平台进行深度剖析后，可以得到与之相匹配的曲线，具体内容请看图1所示。
表3伺服钢支撑3-P2轴力与油缸行程
图1伺服钢支撑3-P2轴力-油缸行程/时间曲线
对以上数据进行深度剖析后，可以发现：轴力从原来的1400kN上升至2000kN时，以下数值的具体状况请看表6所示：一是钢支撑的实际压缩值；二是油缸行程的情况；三是理论压缩值等。这里值得说明的是，3-P2安装时刻到5-P2安装时刻间所衍生出来的位移增量通过Δl表示。
对表3进行深入分析后，可以看到：自3-P2安装时刻一直到5-P2安装时刻整个环节中，无论是针对伺服钢支撑的实际压缩值来说，还是就油缸行程而言，二者之和是2.02＋14.16=16.18mm，和非伺服钢支撑的实际压缩值17.31mm较为相似。该结果充分论证了伺服系统能够通过快速调节钢支撑的长度，在无形当中对其在以下几种因素中所形成的压缩量进行了补偿：一是压力；二是温度；三是节点拼接间隙等。即
（1）
由此可见，正是因为该恒等式的存在，才使得轴力伺服钢支撑约束了地下连续墙位移的形成。
结语
依据该工程案例，详细比较了普通支撑和伺服支撑的变形控制数据。在充分结合相关计算结果的基础上，论证了伺服钢支撑属于一种能够智能伸缩的钢支撑，并且千斤顶的伸出量在很大程度上对支撑挠曲变形与节点拼接处的变形进行了补偿，在无形当中补偿了温度和土压力变化形成的支撑本体压缩，充分论证了轴力伺服钢支撑在变形控制方面的有效性，以便可以为不断完善支撑轴力伺服系统的控制算法指明方向。
参考文献
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