以位移为伺服目标的支撑轴力伺服系统及其测控方法与流程

本发明涉及基坑支护技术领域，具体来说涉及一种用于基坑支护的以位移为伺服目标的支撑轴力伺服系统及其测控方法。

背景技术：

近年来地下轨道交通建设普及，并且城市建筑物密度不断加大，导致不少新建建筑基坑工程都紧邻地铁线或者重要建筑物，要保证施工过程中基坑自身的安全和基坑周边建筑物的形变量处于严苛的范围内，工程中普遍采用支撑轴力伺服系统来进行基坑开挖过程中对基坑围护结构的支护。

目前较多的钢支撑轴力伺服系统都是以基坑支护过程中钢支撑受到的轴力为测控目标进行伺服的，系统随着基坑侧壁压力的增减进行加载与卸载。钢支撑轴力是由基坑侧壁外侧的土压力引起的被动力，随土压力变化而变化，而土压力的变化规律影响因素复杂，难以准确掌握，导致围护结构的侧向位移与轴力之间往往并不存在特定的数学关系式，因此以轴力为目标的伺服系统无法达到对位移的精确控制。再者，各根钢支撑之间的受力存在一定的相关关系，某根钢支撑的卸载会带来邻近钢支撑受力的增大，因此油泵随着压力的增减而加载卸载的工作原理是有缺陷的。

技术实现要素：

鉴于上述情况，本发明提供一种以位移为伺服目标的支撑轴力伺服系统及其测控方法，用于解决以轴力为伺服目标存在的受力复杂导致无法精确控制位移的技术问题，实现在基坑开挖过程中对基坑侧壁的位移及变形进行严格控制之目的。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案是提供一种以位移为伺服目标的支撑轴力伺服系统，其包括设于基坑围护结构内部的钢支撑；其中，所述支撑轴力伺服系统还包括支撑头及数控泵站；所述支撑头具有位移传感器，所述支撑头设于所述钢支撑的端部上并与所述钢支撑构成组合体，所述组合体两端与所述基坑围护结构的相对两侧固定连接；所述数控泵站通过油管及线缆与所述支撑头连接，以根据所述支撑头测得的轴力数据及所述位移传感器测得的位移数据控制驱动所述支撑头动作。

本发明支撑轴力伺服系统的进一步改进在于，所述数控泵站内部设有plc控制器，所述plc控制器输入有控制参数，所述控制参数包括位移控制值、轴力控制值、位移控制速率及预加轴力值。

本发明支撑轴力伺服系统的进一步改进在于，所述基坑围护结构包括相对设置的伺服端侧壁及非伺服端侧壁，所述钢支撑的一端与所述伺服端侧壁固接，另一端与所述非伺服端侧壁固接；所述基坑围护结构还包括位于所述组合体下方的基坑底板以及位于所述组合体上方的混凝土支撑；所述支撑头设于所述钢支撑与所述非伺服端侧壁固接的端部处。

本发明支撑轴力伺服系统的进一步改进在于，所述数控泵站靠近所述非伺服端侧壁地设于所述基坑围护结构的外部。

本发明另提供一种以位移为伺服目标的支撑轴力伺服系统的测控方法，所述测控方法用于测量设于基坑围护结构内部的钢支撑的位移量，所述方法的步骤包括：

输入控制参数至所述伺服系统中，所述控制参数包括位移控制值、轴力控制值、位移控制速率及预加轴力值；

依预加轴力值对所述钢支撑的轴力施加到位；

在所述钢支撑的轴力值达到所述预加轴力值时，在预设时间内进行稳压；

读取完成稳压作业之时刻的钢支撑位移量并记录为初始位移值；

启动所述伺服系统自动扫描，获得所述钢支撑的实时轴力值、实时位移量及位移变化速率，以开始进行测控作业；所述实时位移量是指某时刻所测位移值与所述初始位移值之差；

其中，所述测控作业包括：

1)当所述实时位移量大于所述位移控制值(sn>sf)，或者，当所述位移变化速率大于所述位移控制速率(vn>vf)时，发出三级报警，并对钢支撑的轴力加压以至所述实时位移量小于所述位移控制值；

2)当所述实时轴力值大于所述轴力控制值时，发出二级报警，进行人工操作；

3)当所述实时位移量小于所述位移控制值(sn<sf)，且所述实时轴力值小于所述轴力控制值(pn<pf)时，采集所述钢支撑的位移量及轴力值的变化趋势。

本发明支撑轴力伺服系统的测控方法的进一步改进在于，所述采集所述钢支撑的位移量及轴力值的变化趋势的步骤中，若位移量增大且轴力值增大时，对所述钢支撑的轴力值加压一级；若位移量增大且轴力值减小时，对所述钢支撑的轴力值加压一级；若位移量减小且轴力值增大时，进行稳压作业；若位移量减小且轴力值减小时，读取被测钢支撑的相邻两根钢支撑的轴力值；当所述相邻两根钢支撑的轴力值同时增大时，对所述被测钢支撑的轴力值加压一级；当所述相邻两根的轴力值未增大时，发出二级报警，进行人工操作。

本发明支撑轴力伺服系统的测控方法的进一步改进在于，所述伺服系统包括设于所述钢支撑上的支撑头以及与所述支撑头连接的数控泵站；所述支撑头设有位移传感器，所述数控泵站内部设有plc控制器；所述伺服系统通过所述plc控制器读取所述位移传感器测得的位移数据以及读取所述支撑头测得的轴力数据。

本发明支撑轴力伺服系统的测控方法的进一步改进在于，将支撑头组装于所述钢支撑的端部以构成组合体；

当基坑开挖至钢支撑的设计标高位置时，将所述组合体对应所述设计标高位置固定于所述基坑围护结构的相对两侧壁之间；

将所述组合体的支撑头通过油管与线缆与所述数控泵站连接；

将所述控制参数输入至所述数控泵站；

所述伺服系统通过所述plc控制器读取所述位移传感器测得的位移数据以及读取所述支撑头测得的轴力数据；

所述数控泵站通过所述plc控制器获得的位移数据及轴力数据，控制驱动所述支撑头进行钢支撑的轴力调整。

本发明支撑轴力伺服系统的测控方法的进一步改进在于，在所述钢支撑的轴力值达到所述预加轴力值时，稳压5分钟。

本发明通过前述以位移为伺服目标的支撑轴力伺服系统及其测控方法，同时对钢支撑的位移量和轴力值两个参数进行控制与修正，并以位移量的变化为主要控制目标，参考轴力变化值，从而形成闭环控制，令数控泵站的plc控制器能够通过分析测得数据，以给出新的测控指令，从而达到理想的变形控制效果，最大程度地提高了体系的测控精度。

附图说明

图1是本发明支撑轴力伺服系统结构示意图。

图2是本发明支撑轴力伺服系统的测控逻辑示意图。

附图标记与部件的对应关系如下：

基坑围护结构10；伺服端侧壁11；非伺服端侧壁12；基坑底板13；混凝土支撑14；钢支撑20；组合体200；支撑头30；位移传感器31；数控泵站40；线缆41；plc控制器42；移控制值sf；轴力控制值pf；位移控制速率vf；预加轴力值ppre；实时轴力值pn；实时位移量sn；位移变化速率vn。

具体实施方式

为利于对本发明的了解，以下结合附图及实施例进行说明。

请参阅图1、图2，本发明提供一种以位移为伺服目标的支撑轴力伺服系统及其测控方法，其用于测量设于基坑围护结构10内部的钢支撑20的位移量。

如图1所示，所述伺服系统设于基坑围护结构10内部，所述系统包括钢支撑20、支撑头30及数控泵站40。其中，所述基坑围护结构10包括相对设置的伺服端侧壁11及非伺服端侧壁12，所述钢支撑20的一端与所述伺服端侧壁11固接，另一端与所述非伺服端侧壁12固接；所述基坑围护结构10还包括位于所述钢支撑20下方的基坑底板13以及位于所述钢支撑20上方的混凝土支撑14。所述支撑头30具有位移传感器31，所述支撑头30设于所述钢支撑20的端部上并与所述钢支撑20构成组合体200，所述组合体200两端与所述基坑围护结构10的相对两侧固定连接；所述数控泵站40通过油管及线缆41与所述支撑头30连接，以根据所述支撑头30测得的轴力数据及所述位移传感器31测得的位移数据控制驱动所述支撑头30动作。

于本发明实施例中，所述数控泵站40内部设有plc控制器42，所述plc控制器42输入有控制参数，所述控制参数包括位移控制值sf、轴力控制值pf、位移控制速率vf及预加轴力值ppre。所述数控泵站40靠近所述非伺服端侧壁12地设于所述基坑围护结构10的外部。

以上说明了本发明以位移为伺服目标的支撑轴力伺服系统的架构说明，以下请以图1配合参阅图2，说明本发明以位移为伺服目标的支撑轴力伺服系统的测控方法的具体实施方式。

本发明支撑轴力伺服系统通过所述plc控制器42读取所述位移传感器31测得的位移数据以及读取所述支撑头30测得的轴力数据；其中，在进行测控方法之前，先将支撑头30组装于所述钢支撑20的端部以构成组合体200备用。当基坑开挖至钢支撑的设计标高位置时，将所述组合体200对应所述设计标高位置固定于所述基坑围护结构10的相对两侧壁11、12之间，并将所述组合体200的支撑头30通过油管与线缆41与所述数控泵站40连接；将所述控制参数输入至所述数控泵站40。借此，所述伺服系统即可通过所述plc控制器42读取所述位移传感器31测得的位移数据以及读取所述支撑头30测得的轴力数据；进而所述数控泵站40通过所述plc控制器42获得的位移数据及轴力数据，控制驱动所述支撑头30进行钢支撑20的轴力调整。

如图2所示，本发明用于基坑围护结构10的以位移为伺服目标的支撑轴力伺服系统的测控方法的步骤包括：

步骤a：输入控制参数至所述伺服系统中，所述控制参数包括位移控制值sf、轴力控制值pf、位移控制速率vf及预加轴力值ppre。

步骤b：依预加轴力值ppre对所述钢支撑20的轴力施加到位。

步骤c：在所述钢支撑20的轴力值达到所述预加轴力值ppre时，在预设时间内进行稳压；于本发明实施例中，所述预设的稳压时间较佳为5分钟。

步骤d：读取完成稳压作业之时刻的钢支撑位移量并记录为初始位移值。

步骤e：启动所述伺服系统自动扫描，获得所述钢支撑20的实时轴力值pn、实时位移量sn及位移变化速率vn，以开始进行测控作业；所述实时位移量sn是指某时刻所测位移值与所述初始位移值之差。

具体地，所述步骤e中的测控作业包括进行以下判断及执行步骤：

步骤1)：当所述实时位移量sn大于所述位移控制值sf(sn>sf)，或者，当所述位移变化速率vn大于所述位移控制速率vf(vn>vf)时，发出三级报警，并对钢支撑20的轴力加压以至所述实时位移量sn小于所述位移控制值sf。

步骤2)：当所述实时轴力值pn大于所述轴力控制值pf时，发出二级报警，进行人工操作。

步骤3)：当所述实时位移量sn小于所述位移控制值sf(sn<sf)，且所述实时轴力值pn小于所述轴力控制值pf(pn<pf)时，采集所述钢支撑20的位移量及轴力值的变化趋势。

更具体地，所述步骤3)中，采集所述钢支撑20的位移量及轴力值的变化趋势的步骤中：

若位移量增大且轴力值增大时，对所述钢支撑20的轴力值加压一级；

若位移量增大且轴力值减小时，对所述钢支撑20的轴力值加压一级；

若位移量减小且轴力值增大时，进行稳压作业；

若位移量减小且轴力值减小时，读取被测钢支撑20的相邻两根钢支撑20的轴力值；当所述相邻两根钢支撑20的轴力值同时增大时，对所述被测钢支撑20的轴力值加压一级；当所述相邻两根的轴力值未增大时，发出二级报警，进行人工操作。

综上，本发明通过前述技术方案，于钢支撑20安装完成以后，即可开始支撑轴力伺服系统的伺服控制，将基坑向下开挖至设定值，待位移量趋稳时，使伺服系统通过支撑头30上的位移传感器31采集基坑围护结构10的位移数据，当基坑围护结构10位移超出位移控制值sf时，驱使数控泵站40启动加载并发出报警，同时监控钢支撑20的轴力，当轴力超出轴力控制值pf时，数控泵站40发出报警请求人工介入加撑；当钢支撑20的位移量及轴力值都在控制值的范围内时，数控泵站40通过分析位移变化速率vn及实时轴力值pn来进行轴力的控制，如果位移变化量发生突变或者轴力急剧增大时，数控泵站40将自动报警或自动加压并报警，从而可以用于基坑开挖时对基坑侧壁变形量控制严格的支护工程中，并起到良好的监控效果。

以上结合附图及实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。