专利名称：基坑可控式液压钢支撑及其应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种基坑钢支撑，特别是一种基坑可控式液压钢支撑及其在基坑施工中的具 体应用，属于建筑工程领域。
背景技术：
-
基坑施工中防止结构变形一般采用内支撑方式，最常用的支撑形式是钢支撑结构。钢支 撑便于安装和拆除，材料的消耗量小，可以施加预紧力以合理控制基坑变形，同时钢支撑的 架设速度较快，有利于缩短工期。这种支撑形式施工简便，被广泛应用于长条形基坑中。钢 支撑的接头一般采用活络头，用千斤顶预加轴力后并插钢楔。但在实际应用中这种支撑的缺 点也是显而易见的即在施工中钢支撑的钢楔在轴力的作用下会出现明显的塑性变形，随着 基坑的放置，钢支撑轴力将出现明显的衰减，造成明显的钢支撑变形。这种变形随基坑放置 的时间增长而变大，个别情况下钢支撑变形会达到开挖结束时变形的两倍。尽管施工现场采 用了复加轴力的措施，但由于开挖后二次复加轴力施工有很多困难，不能从本质上解决该问 题。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供了一种基坑可控式液压钢支撑。该钢支撑装置可将采 集到的轴力数据、行程变化数据等实时信息与支撑既定值进行比较，进而通过计算机控制的 液压系统实现支撑轴力自动调节补偿，并可根据施工时的监测结果调整支撑轴力，以达到控 制基坑变形，确保基坑施工过程安全的要求。
本发明是通过以下技术方案来实现的，基坑可控式液压钢支撑包括固定端钢支撑、活 动端钢支撑、止退装置、电控箱及信号控制电缆，其中活动端钢支撑与固定端钢支撑通过螺 栓固定连接为钢支撑整体，止退装置设置在活动端钢支撑与基坑围檩之间。
活动端钢支撑由液压油缸、球铰座、密封罩、行程传感器、连接板、密闭油箱、支撑座、 压力传感器、电机+泵及阀组构成。其中液压油缸的活塞杆头部与球铰座形成铰连接；行程 传感器内设于液压油缸的活塞杆内，可测量油缸行程位移的变化；液压油缸与连接板在油缸 的后端通过螺栓形成固定连接；密闭油箱与连接板在连接板右侧通过螺栓形成固定连接；
4电机+泵、阀组等部件均用螺钉连接形式紧固于密闭油箱的端盖上；使用液压管系连接液压油 缸、密闭油箱、电机+泵及阀组后，即构成完整的液压系统；同时有压力传感器设置于阀组 中，可检测液压油缸油压的差值变化；将支撑座套装在密闭油箱外、置于连接板右端，将密 封罩套装在液压油缸外、置于连接板左端；支撑座、连接板和密封罩通过螺栓形成固定连接; 同时设置有信号控制电缆连接行程传感器、压力传感器与电控箱。 其操作方法如下
1、 在地面上预先将活动端钢支撑通过螺栓与固定端钢支撑连接好，保证活动端钢支撑的 液压油缸活塞杆处于縮足状态，连接完成后即构成一根完整的基坑钢支撑。
2、 当液压油缸活塞杆位于油缸总行程的二分之一左右时，保证整根支撑的长度与基坑两 侧维护墙的间距基本相等，以确保可控式液压钢支撑有一定的施工空间，方便施工过程中的 加载和卸载。
3、 将信号控制电缆线连接电控箱与相应传感器，并进行调试。
4、 当基坑开挖到达预支撑位置时，用吊车将预先安装并调试好的完整基坑钢支撑吊放至 焊接牛腿处。
5、 找准安装位置，将固定端钢支撑与基坑围护结构一侧围檩相固定。
6、 计算轴力设定值假定将具有与该液压钢支撑相同规格的钢管作为整体支撑作用于基 坑中，按照基坑工程中常规钢管支撑设计原理计算出钢管支撑轴力，将其作为轴力既定值。
7、 操作电控箱，泵经阀组供高压油给液压油缸大腔，使液压油缸活塞杆伸长，将固定在 活塞杆上的支撑座作用在基坑围护结构另一侧的围檩上，加大油压，适当调整支撑轴力，达 到较理想的控制和维护基坑变形的设定值后，使作用在该支撑点上的轴力达到既定值，即使 支撑和基坑内侧墙土压力保持平衡状态，使液压系统进入自动补偿-保压状态；此时在活动端 钢支撑与围檩间插入安装止退装置。
8、 将液压系统进入自动补偿-保压状态时的油缸油压值作为既定推力油压值，将此时液 压油缸活塞杆的行程值作为既定行程值，并设置相应的上下限安全值。
9、 由行程传感器与压力传感器发送实时的油缸行程数据信息与压力数据信息至电控箱进 行处理。
本发明可在设定的上、下限值安全范围内，实现轴力补偿和位移补偿。当轴力下降到下 限时，系统即控制电机启动并控制换向阀动作，泵源经阀组供高压油给油缸大腔，使油缸大腔 的油压升高至设定的上限值，系统即控制电机停机和换向阀复位至中位，使系统达到保压稳
5定状态；当土体位移变化低于即定值时，同样会导致轴力衰减，系统即控制电机启动并控制 换向阀动作，泵源经阀组供高压油给油缸大腔，使油缸大腔的油压升高至设定的上限值，同时 进行位移调整，行程传感器信号值会相应增加，系统在自动位移调整的同时进行自动报警； 当土体位移变化超出设定值时，同样会导致轴力增加并超出设定值，液压系统的阀组会自动 溢流至安全范围后复位保压，同时系统进行自动报警。工作人员可根据具体情况立即进行分 析处理，免去了传统支撑人工二次复加轴力的繁琐过程。
在实际应用过程中，可控式液压钢支撑可以实施轴力和位移的变化控制，可以将基坑内 纵向每一深度及横向每一跨度点上分布的液压支撑实测压力值与理论既定压力值进行比较， 如实测压力值超出理论平衡压力值或失稳的临界值时报警，达到了控制基坑安全施工的效果。 本发明具有突出的实质性特点和显著的进步，相对于传统的带有钢楔的支撑，本发明在 施工时可以根据传感器发回的监测结果随时调整支撑的轴力，不会出现塑性变形而造成明显 的支撑变形现象，以达到控制变形的目的。相比于原有的基坑支撑，可以大大提高自动化程 度和施工的安全性，并在节省人力的同时实现高效施工的目的。基坑可控式液压支撑的拆卸 顺序逆于装配工序，装配和拆检都很方便,可重复长期使用，从而可以节约工程成本。电控箱 可同时控制多套基坑液压支撑长期工作，形成较完整的基坑液压支撑可视化管理系统。
-
图1为基坑可控液压钢支撑的结构原理图
其中1-固定端钢支撑、2-活动端钢支撑、3-止退装置、4-电控箱、5-信号控制电缆、6-围檩、7-基坑围护结构、8-牛腿、21-液压油缸、22-球铰座、23-密封罩、24_连接板、 25-密闭油箱、26-支撑座、27-电机+泵、28-阀组、201-行程传感器、202-压力传感器
具体实施例方式
现结合附图1说明该发明的
具体实施例方式某地铁车站的出入口基坑工程，基坑开挖面
积为为1224.21112，开挖深度为地面以下10.75m，使用三道O609X 16咖钢管支撑，其中基坑 最上部的两行三列共六根支撑使用了可控式液压钢支撑(O609X16 nmi)。支撑横向间距为 4500咖，纵向间距为3300imn，第一行支撑与地面间距为1200 mm。
每一根基坑可控式液压钢支撑包括固定端钢支撑l、活动端钢支撑2、止退装置3、电 控箱4及信号控制电缆5，其中活动端钢支撑2与固定端钢支撑1通过螺栓固定连接为钢支撑整体，止退装置3设置在活动端钢支撑2与基坑围檩6之间。
活动端钢支撑2由液压油缸21、球铰座22、密封罩23、行程传感器201、连接板24、 密闭油箱25、支撑座26、压力传感器202、电机+泵27及阀组28构成。其中液压油缸21 的活塞杆头部与球铰座22形成铰连接；行程传感器201内设于液压油缸21的活塞杆内，可 测量油缸行程位移的变化；液压油缸21与连接板24在油缸的中部通过螺栓形成固定连接； 密闭油箱25与连接板24在连接板右侧通过螺栓形成固定连接；电机+泵27、阀组28等部件 均用螺钉连接形式紧固于密闭油箱25的端盖上；使用液压管系连接液压油缸21、密闭油箱 25、电机+泵27及阀组28后，即构成完整的液压系统；同时有压力传感器202设置于阀组 28中，可检测液压油缸21油压的差值变化；将支撑座26套装在密闭油箱25夕卜、置于连接 板24右端，将密封罩23套装在液压油缸21外、置于连接板24左端；支撑座26、连接板24 和密封罩23通过螺栓形成固定连接；同时设置有信号控制电缆5连接行程传感器201、压力 传感器202与电控箱4。
其操作方法如下
1、 在地面上预先将活动端钢支撑2通过螺栓与固定端钢支撑1连接好，保证活动端钢支 撑2的液压油缸21活塞杆处于缩足状态，连接完成后即构成一根完整的基坑钢支撑。
2、 当液压油缸21活塞杆位于油缸总行程的二分之一左右时，保证整根支撑的长度与基坑 两侧维护墙的间距基本相等，以确保可控式液压钢支撑有一定的施工空间，方便施工过程中 的加载和卸载。
3、 将信号控制电缆线5连接电控箱4与相应传感器，并进行调试。
4、 当基坑开挖到达预支撑位置时，用吊车将预先安装并调试好的完整基坑钢支撑吊放至 焊接牛腿8处。
5、 找准安装位置，将固定端钢支撑l与基坑围护结构一侧围檩相固定。
6、 计算轴力设定值假定将具有与该液压钢支撑相同规格的钢管作为整体支撑作用于基 坑中，按照基坑工程中常规钢管支撑设计原理计算出钢管支撑轴力，将其作为轴力既定值。
7、 操作电控箱4，泵经阀组28供高压油给液压油缸大腔，使液压油缸活塞杆伸长，将固 定在活塞杆上的球铰座22作用在基坑围护结构7另一侧的围檩6上，加大油压，适当调整支 撑轴力，达到较理想的控制和维护基坑变形的设定值后，使作用在该支撑点上的轴力达到既 定值，即使支撑和基坑内侧墙土压力保持平衡状态，使液压系统进入自动补偿-保压状态；此 时在活动端钢支撑2与围檩6间插入安装止退装置3。8、 将液压系统进入自动补偿-保压状态时的油缸油压值作为既定推力油压值，将此时液 压油缸活塞杆的行程值作为既定行程值，并设置相应的上下限安全值。
9、 由行程传感器201与压力传感器202发送实时的油缸行程数据信息与压力数据信息至 电控箱4进行处理，进而与既定行程值和既定推力油压值比较。
既定推力油压值取为200bar，其上下限值为士15bar;既定行程值取为150 rran，其上下限 值为±5咖。
本发明可在设定的上、下限值安全范围内，实现轴力补偿和位移补偿。当轴力下降到下 限时，系统即控制电机启动并控制换向阀动作，泵源经阀组供高压油给油缸大腔，使油缸大腔 的油压升高至设定的上限值，系统即控制电机停机和换向阀复位至中位，使系统达到保压稳 定状态；当土体位移变化低于即定值时，同样会导致轴力衰减，系统即控制电机启动并控制 换向阀动作，泵源经阀组供高压油给油缸大腔，使油缸大腔的油压升高至设定的上限值，同时 进行位移调整，行程传感器信号值会相应增加，系统在自动位移调整的同时进行自动报警； 当土体位移变化超出设定值时，同样会导致轴力增加并超出设定值，液压系统的阀组会自动 溢流至安全范围后复位保压，同时系统进行自动报警。工作人员可根据具体情况立即进行分 析处理，免去了传统支撑人工二次复加轴力的繁琐过程。
在实际应用过程中，可控式液压钢支撑可以实施轴力和位移的变化控制，可以将基坑内 纵向每一深度及横向每一跨度点上分布的液压支撑实测压力值与理论既定压力值进行比较， 如实测压力值超出理论平衡压力值或失稳的临界值时报警，达到了控制基坑安全施工的效果。
8
权利要求
1. 一种基坑可控式液压钢支撑，其特征在于包括了固定端钢支撑、活动端钢支撑、止退装置、电控箱及信号控制电缆；其中活动端钢支撑与固定端钢支撑通过螺栓固定连接为钢支撑整体，止退装置设置在活动端钢支撑与基坑围檩之间；其中活动端钢支撑由液压油缸、球铰座、密封罩、行程传感器、连接板、密闭油箱、支撑座、压力传感器、电机+泵及阀组构成；液压油缸的活塞杆头部与球铰座形成铰连接；行程传感器内设于液压油缸的活塞杆内，可测量油缸行程位移的变化；液压油缸与连接板在油缸的后端通过螺栓形成固定连接；密闭油箱与连接板在连接板右侧通过螺栓形成固定连接；电机+泵、阀组等部件均用螺钉连接形式紧固于密闭油箱的端盖上；使用液压管系连接液压油缸、密闭油箱、电机+泵及阀组后，即构成完整的液压系统；同时有压力传感器设置于阀组中，可检测液压油缸油压的差值变化；支撑座置于连接板右端，并套装在密闭油箱外；密封罩置于连接板左端，并套装在液压油缸外；支撑座、连接板和密封罩通过螺栓形成固定连接；同时设置有信号控制电缆连接行程传感器、压力传感器与电控箱。
2. —种基坑可控式液压钢支撑在基坑施工中的应用方法，其特征在于施工方法步骤如下1) 在地面上预先将活动端钢支撑通过螺栓与固定端钢支撑连接好，保证活动端钢支撑的 液压油缸活塞杆处于收紧状态，连接完成后即构成一根完整的基坑钢支撑；2) 当液压油缸活塞杆位于油缸总行程的二分之一左右时，保证整根支撑的长度与基坑两 侧维护墙的间距基本相等，以确保可控式液压钢支撑有一定的施工空间，方便施工过程中的 加载和卸载；3) 将信号控制电缆线连接电控箱与相应传感器，并进行调试；4) 当基坑开挖到达预支撑位置时，用吊车将预先安装并调试好的完整基坑钢支撑吊放至 焊接牛腿处；5) 找准安装位置，将固定端钢支撑与基坑围护结构一侧围檩相固定；6) 计算轴力设定值假定将具有与该液压钢支撑相同规格的钢管作为整体支撑作用于基 坑中，按照基坑工程中常规钢管支撑设计原理计算出钢管支撑轴力，将其作为轴力既定值；7) 操作电控箱，泵经阀组供高压油给液压油缸大腔，使液压油缸活塞杆伸长，将固定在 活塞杆上的支撑座作用在基坑围护结构另一侧的围檩上，加大油压，适当调整支撑轴力，达到较理想的控制和维护基坑变形的设定值后，使作用在该支撑点上的轴力达到既定值，即使 支撑和基坑内侧墙土压力保持平衡状态，使液压系统进入自动补偿-保压状态；此时在活动端 钢支撑与围檩间插入安装止退装置；8) 将液压系统进入自动补偿-保压状态时的油缸油压值作为既定推力油压值，将此时液 压油缸活塞杆的行程值作为既定行程值，并设置相应的上下限安全值；9) 由行程传感器与压力传感器发送实时的油缸行程数据信息与压力数据信息至电控箱进 行处理，进而与既定行程值和既定推力油压值比较；10) 当轴力下降到下限时，系统即控制电机启动并控制换向阀动作，泵源经阀组供高压 油给油缸大腔，使油缸大腔的油压升高至设定的上限值，系统即控制电机停机和换向阀复位至 中位，使系统达到保压稳定状态；当土体位移变化低于即定值时，同样会导致轴力衰减，系 统即控制电机启动并控制换向阀动作，泵源经阀组供高压油给油缸大腔，使油缸大腔的油压升 高至设定的上限值，同时进行位移调整，行程传感器信号值会相应增加，系统在自动位移调 整的同时进行自动报警；当土体位移变化超出设定值时，同样会导致轴力增加并超出设定值， 液压系统的阀组会自动溢流至安全范围后复位保压，同时系统进行自动报警。
3.根据权利要求2所述的基坑可控式液压钢支撑在基坑施工中的应用方法，其特征在 于施工方法中所述的既定推力油压值可取为200bar，其上下限值为士15bar;既定行程值可 取为150mm，其上下限值为士5iM。
全文摘要
一种基坑可控式液压钢支撑及其应用，属于建筑工程领域。该发明结构包括了固定端钢支撑、活动端钢支撑、止退装置、电控箱及信号控制电缆；其中活动端钢支撑与固定端钢支撑通过螺栓固定连接为钢支撑整体，止退装置设置在活动端钢支撑与基坑围檩之间；其中活动端钢支撑由液压油缸、球铰座、密封罩、行程传感器、连接板、密闭油箱、支撑座、压力传感器、电机+泵及阀组构成；该钢支撑装置可将采集的轴力数据、行程变化数据等实时信息与支撑既定值进行比较，通过计算机控制的液压系统实现支撑轴力自动调节补偿，并可根据施工时的监测结果调整支撑轴力，以达到控制基坑变形，确保基坑施工过程安全的要求，可广泛应用于基坑开挖过程中的坑体保护。
文档编号E02D17/04GK101463606SQ20071017254
公开日2009年6月24日 申请日期2007年12月19日 优先权日2007年12月19日
发明者宓佩明, 庄欠伟, 张露根, 磊 杨, 梁海涛, 段创峰, 王伟钢, 王鹤林, 石元奇, 翟一欣, 郝震宇, 燕 黎 申请人:上海隧道工程股份有限公司