專利名稱：基坑可控式液壓鋼支撐及其應用的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種基坑鋼支撐，特別是一種基坑可控式液壓鋼支撐及其在基坑施工中的具 體應用，屬于建筑工程領域。
背景技術：
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基坑施工中防止結構變形一般采用內支撐方式，最常用的支撐形式是鋼支撐結構。鋼支 撐便于安裝和拆除，材料的消耗量小，可以施加預緊力以合理控制基坑變形，同時鋼支撐的 架設速度較快，有利于縮短工期。這種支撐形式施工簡便，被廣泛應用于長條形基坑中。鋼 支撐的接頭一般采用活絡頭，用千斤頂預加軸力后并插鋼楔。但在實際應用中這種支撐的缺 點也是顯而易見的即在施工中鋼支撐的鋼楔在軸力的作用下會出現(xiàn)明顯的塑性變形，隨著 基坑的放置，鋼支撐軸力將出現(xiàn)明顯的衰減，造成明顯的鋼支撐變形。這種變形隨基坑放置 的時間增長而變大，個別情況下鋼支撐變形會達到開挖結束時變形的兩倍。盡管施工現(xiàn)場采 用了復加軸力的措施，但由于開挖后二次復加軸力施工有很多困難，不能從本質上解決該問 題。
發(fā)明內容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術的不足，提供了一種基坑可控式液壓鋼支撐。該鋼支撐裝置可將采 集到的軸力數(shù)據(jù)、行程變化數(shù)據(jù)等實時信息與支撐既定值進行比較，進而通過計算機控制的 液壓系統(tǒng)實現(xiàn)支撐軸力自動調節(jié)補償，并可根據(jù)施工時的監(jiān)測結果調整支撐軸力，以達到控 制基坑變形，確保基坑施工過程安全的要求。
本發(fā)明是通過以下技術方案來實現(xiàn)的，基坑可控式液壓鋼支撐包括固定端鋼支撐、活 動端鋼支撐、止退裝置、電控箱及信號控制電纜，其中活動端鋼支撐與固定端鋼支撐通過螺 栓固定連接為鋼支撐整體，止退裝置設置在活動端鋼支撐與基坑圍檁之間。
活動端鋼支撐由液壓油缸、球鉸座、密封罩、行程傳感器、連接板、密閉油箱、支撐座、 壓力傳感器、電機+泵及閥組構成。其中液壓油缸的活塞桿頭部與球鉸座形成鉸連接；行程 傳感器內設于液壓油缸的活塞桿內，可測量油缸行程位移的變化；液壓油缸與連接板在油缸 的后端通過螺栓形成固定連接；密閉油箱與連接板在連接板右側通過螺栓形成固定連接；
4電機+泵、閥組等部件均用螺釘連接形式緊固于密閉油箱的端蓋上；使用液壓管系連接液壓油 缸、密閉油箱、電機+泵及閥組后，即構成完整的液壓系統(tǒng)；同時有壓力傳感器設置于閥組 中，可檢測液壓油缸油壓的差值變化；將支撐座套裝在密閉油箱外、置于連接板右端，將密 封罩套裝在液壓油缸外、置于連接板左端；支撐座、連接板和密封罩通過螺栓形成固定連接; 同時設置有信號控制電纜連接行程傳感器、壓力傳感器與電控箱。 其操作方法如下
1、 在地面上預先將活動端鋼支撐通過螺栓與固定端鋼支撐連接好，保證活動端鋼支撐的 液壓油缸活塞桿處于縮足狀態(tài)，連接完成后即構成一根完整的基坑鋼支撐。
2、 當液壓油缸活塞桿位于油缸總行程的二分之一左右時，保證整根支撐的長度與基坑兩 側維護墻的間距基本相等，以確?？煽厥揭簤轰撝斡幸欢ǖ氖┕た臻g，方便施工過程中的 加載和卸載。
3、 將信號控制電纜線連接電控箱與相應傳感器，并進行調試。
4、 當基坑開挖到達預支撐位置時，用吊車將預先安裝并調試好的完整基坑鋼支撐吊放至 焊接牛腿處。
5、 找準安裝位置，將固定端鋼支撐與基坑圍護結構一側圍檁相固定。
6、 計算軸力設定值假定將具有與該液壓鋼支撐相同規(guī)格的鋼管作為整體支撐作用于基 坑中，按照基坑工程中常規(guī)鋼管支撐設計原理計算出鋼管支撐軸力，將其作為軸力既定值。
7、 操作電控箱，泵經(jīng)閥組供高壓油給液壓油缸大腔，使液壓油缸活塞桿伸長，將固定在 活塞桿上的支撐座作用在基坑圍護結構另一側的圍檁上，加大油壓，適當調整支撐軸力，達 到較理想的控制和維護基坑變形的設定值后，使作用在該支撐點上的軸力達到既定值，即使 支撐和基坑內側墻土壓力保持平衡狀態(tài)，使液壓系統(tǒng)進入自動補償-保壓狀態(tài)；此時在活動端 鋼支撐與圍檁間插入安裝止退裝置。
8、 將液壓系統(tǒng)進入自動補償-保壓狀態(tài)時的油缸油壓值作為既定推力油壓值，將此時液 壓油缸活塞桿的行程值作為既定行程值，并設置相應的上下限安全值。
9、 由行程傳感器與壓力傳感器發(fā)送實時的油缸行程數(shù)據(jù)信息與壓力數(shù)據(jù)信息至電控箱進 行處理。
本發(fā)明可在設定的上、下限值安全范圍內，實現(xiàn)軸力補償和位移補償。當軸力下降到下 限時，系統(tǒng)即控制電機啟動并控制換向閥動作，泵源經(jīng)閥組供高壓油給油缸大腔，使油缸大腔 的油壓升高至設定的上限值，系統(tǒng)即控制電機停機和換向閥復位至中位，使系統(tǒng)達到保壓穩(wěn)
5定狀態(tài)；當土體位移變化低于即定值時，同樣會導致軸力衰減，系統(tǒng)即控制電機啟動并控制 換向閥動作，泵源經(jīng)閥組供高壓油給油缸大腔，使油缸大腔的油壓升高至設定的上限值，同時 進行位移調整，行程傳感器信號值會相應增加，系統(tǒng)在自動位移調整的同時進行自動報警； 當土體位移變化超出設定值時，同樣會導致軸力增加并超出設定值，液壓系統(tǒng)的閥組會自動 溢流至安全范圍后復位保壓，同時系統(tǒng)進行自動報警。工作人員可根據(jù)具體情況立即進行分 析處理，免去了傳統(tǒng)支撐人工二次復加軸力的繁瑣過程。
在實際應用過程中，可控式液壓鋼支撐可以實施軸力和位移的變化控制，可以將基坑內 縱向每一深度及橫向每一跨度點上分布的液壓支撐實測壓力值與理論既定壓力值進行比較， 如實測壓力值超出理論平衡壓力值或失穩(wěn)的臨界值時報警，達到了控制基坑安全施工的效果。 本發(fā)明具有突出的實質性特點和顯著的進步，相對于傳統(tǒng)的帶有鋼楔的支撐，本發(fā)明在 施工時可以根據(jù)傳感器發(fā)回的監(jiān)測結果隨時調整支撐的軸力，不會出現(xiàn)塑性變形而造成明顯 的支撐變形現(xiàn)象，以達到控制變形的目的。相比于原有的基坑支撐，可以大大提高自動化程 度和施工的安全性，并在節(jié)省人力的同時實現(xiàn)高效施工的目的。基坑可控式液壓支撐的拆卸 順序逆于裝配工序，裝配和拆檢都很方便,可重復長期使用，從而可以節(jié)約工程成本。電控箱 可同時控制多套基坑液壓支撐長期工作，形成較完整的基坑液壓支撐可視化管理系統(tǒng)。
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圖1為基坑可控液壓鋼支撐的結構原理圖
其中1-固定端鋼支撐、2-活動端鋼支撐、3-止退裝置、4-電控箱、5-信號控制電纜、6-圍檁、7-基坑圍護結構、8-牛腿、21-液壓油缸、22-球鉸座、23-密封罩、24_連接板、 25-密閉油箱、26-支撐座、27-電機+泵、28-閥組、201-行程傳感器、202-壓力傳感器
具體實施例方式
現(xiàn)結合附圖1說明該發(fā)明的
具體實施例方式某地鐵車站的出入口基坑工程，基坑開挖面
積為為1224.21112，開挖深度為地面以下10.75m，使用三道O609X 16咖鋼管支撐，其中基坑 最上部的兩行三列共六根支撐使用了可控式液壓鋼支撐(O609X16 nmi)。支撐橫向間距為 4500咖，縱向間距為3300imn，第一行支撐與地面間距為1200 mm。
每一根基坑可控式液壓鋼支撐包括固定端鋼支撐l、活動端鋼支撐2、止退裝置3、電 控箱4及信號控制電纜5，其中活動端鋼支撐2與固定端鋼支撐1通過螺栓固定連接為鋼支撐整體，止退裝置3設置在活動端鋼支撐2與基坑圍檁6之間。
活動端鋼支撐2由液壓油缸21、球鉸座22、密封罩23、行程傳感器201、連接板24、 密閉油箱25、支撐座26、壓力傳感器202、電機+泵27及閥組28構成。其中液壓油缸21 的活塞桿頭部與球鉸座22形成鉸連接；行程傳感器201內設于液壓油缸21的活塞桿內，可 測量油缸行程位移的變化；液壓油缸21與連接板24在油缸的中部通過螺栓形成固定連接； 密閉油箱25與連接板24在連接板右側通過螺栓形成固定連接；電機+泵27、閥組28等部件 均用螺釘連接形式緊固于密閉油箱25的端蓋上；使用液壓管系連接液壓油缸21、密閉油箱 25、電機+泵27及閥組28后，即構成完整的液壓系統(tǒng)；同時有壓力傳感器202設置于閥組 28中，可檢測液壓油缸21油壓的差值變化；將支撐座26套裝在密閉油箱25夕卜、置于連接 板24右端，將密封罩23套裝在液壓油缸21外、置于連接板24左端；支撐座26、連接板24 和密封罩23通過螺栓形成固定連接；同時設置有信號控制電纜5連接行程傳感器201、壓力 傳感器202與電控箱4。
其操作方法如下
1、 在地面上預先將活動端鋼支撐2通過螺栓與固定端鋼支撐1連接好，保證活動端鋼支 撐2的液壓油缸21活塞桿處于縮足狀態(tài)，連接完成后即構成一根完整的基坑鋼支撐。
2、 當液壓油缸21活塞桿位于油缸總行程的二分之一左右時，保證整根支撐的長度與基坑 兩側維護墻的間距基本相等，以確?？煽厥揭簤轰撝斡幸欢ǖ氖┕た臻g，方便施工過程中 的加載和卸載。
3、 將信號控制電纜線5連接電控箱4與相應傳感器，并進行調試。
4、 當基坑開挖到達預支撐位置時，用吊車將預先安裝并調試好的完整基坑鋼支撐吊放至 焊接牛腿8處。
5、 找準安裝位置，將固定端鋼支撐l與基坑圍護結構一側圍檁相固定。
6、 計算軸力設定值假定將具有與該液壓鋼支撐相同規(guī)格的鋼管作為整體支撐作用于基 坑中，按照基坑工程中常規(guī)鋼管支撐設計原理計算出鋼管支撐軸力，將其作為軸力既定值。
7、 操作電控箱4，泵經(jīng)閥組28供高壓油給液壓油缸大腔，使液壓油缸活塞桿伸長，將固 定在活塞桿上的球鉸座22作用在基坑圍護結構7另一側的圍檁6上，加大油壓，適當調整支 撐軸力，達到較理想的控制和維護基坑變形的設定值后，使作用在該支撐點上的軸力達到既 定值，即使支撐和基坑內側墻土壓力保持平衡狀態(tài)，使液壓系統(tǒng)進入自動補償-保壓狀態(tài)；此 時在活動端鋼支撐2與圍檁6間插入安裝止退裝置3。8、 將液壓系統(tǒng)進入自動補償-保壓狀態(tài)時的油缸油壓值作為既定推力油壓值，將此時液 壓油缸活塞桿的行程值作為既定行程值，并設置相應的上下限安全值。
9、 由行程傳感器201與壓力傳感器202發(fā)送實時的油缸行程數(shù)據(jù)信息與壓力數(shù)據(jù)信息至 電控箱4進行處理，進而與既定行程值和既定推力油壓值比較。
既定推力油壓值取為200bar，其上下限值為士15bar;既定行程值取為150 rran，其上下限 值為±5咖。
本發(fā)明可在設定的上、下限值安全范圍內，實現(xiàn)軸力補償和位移補償。當軸力下降到下 限時，系統(tǒng)即控制電機啟動并控制換向閥動作，泵源經(jīng)閥組供高壓油給油缸大腔，使油缸大腔 的油壓升高至設定的上限值，系統(tǒng)即控制電機停機和換向閥復位至中位，使系統(tǒng)達到保壓穩(wěn) 定狀態(tài)；當土體位移變化低于即定值時，同樣會導致軸力衰減，系統(tǒng)即控制電機啟動并控制 換向閥動作，泵源經(jīng)閥組供高壓油給油缸大腔，使油缸大腔的油壓升高至設定的上限值，同時 進行位移調整，行程傳感器信號值會相應增加，系統(tǒng)在自動位移調整的同時進行自動報警； 當土體位移變化超出設定值時，同樣會導致軸力增加并超出設定值，液壓系統(tǒng)的閥組會自動 溢流至安全范圍后復位保壓，同時系統(tǒng)進行自動報警。工作人員可根據(jù)具體情況立即進行分 析處理，免去了傳統(tǒng)支撐人工二次復加軸力的繁瑣過程。
在實際應用過程中，可控式液壓鋼支撐可以實施軸力和位移的變化控制，可以將基坑內 縱向每一深度及橫向每一跨度點上分布的液壓支撐實測壓力值與理論既定壓力值進行比較， 如實測壓力值超出理論平衡壓力值或失穩(wěn)的臨界值時報警，達到了控制基坑安全施工的效果。
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權利要求
1. 一種基坑可控式液壓鋼支撐，其特征在于包括了固定端鋼支撐、活動端鋼支撐、止退裝置、電控箱及信號控制電纜；其中活動端鋼支撐與固定端鋼支撐通過螺栓固定連接為鋼支撐整體，止退裝置設置在活動端鋼支撐與基坑圍檁之間；其中活動端鋼支撐由液壓油缸、球鉸座、密封罩、行程傳感器、連接板、密閉油箱、支撐座、壓力傳感器、電機+泵及閥組構成；液壓油缸的活塞桿頭部與球鉸座形成鉸連接；行程傳感器內設于液壓油缸的活塞桿內，可測量油缸行程位移的變化；液壓油缸與連接板在油缸的后端通過螺栓形成固定連接；密閉油箱與連接板在連接板右側通過螺栓形成固定連接；電機+泵、閥組等部件均用螺釘連接形式緊固于密閉油箱的端蓋上；使用液壓管系連接液壓油缸、密閉油箱、電機+泵及閥組后，即構成完整的液壓系統(tǒng)；同時有壓力傳感器設置于閥組中，可檢測液壓油缸油壓的差值變化；支撐座置于連接板右端，并套裝在密閉油箱外；密封罩置于連接板左端，并套裝在液壓油缸外；支撐座、連接板和密封罩通過螺栓形成固定連接；同時設置有信號控制電纜連接行程傳感器、壓力傳感器與電控箱。
2. —種基坑可控式液壓鋼支撐在基坑施工中的應用方法，其特征在于施工方法步驟如下1) 在地面上預先將活動端鋼支撐通過螺栓與固定端鋼支撐連接好，保證活動端鋼支撐的 液壓油缸活塞桿處于收緊狀態(tài)，連接完成后即構成一根完整的基坑鋼支撐；2) 當液壓油缸活塞桿位于油缸總行程的二分之一左右時，保證整根支撐的長度與基坑兩 側維護墻的間距基本相等，以確?？煽厥揭簤轰撝斡幸欢ǖ氖┕た臻g，方便施工過程中的 加載和卸載；3) 將信號控制電纜線連接電控箱與相應傳感器，并進行調試；4) 當基坑開挖到達預支撐位置時，用吊車將預先安裝并調試好的完整基坑鋼支撐吊放至 焊接牛腿處；5) 找準安裝位置，將固定端鋼支撐與基坑圍護結構一側圍檁相固定；6) 計算軸力設定值假定將具有與該液壓鋼支撐相同規(guī)格的鋼管作為整體支撐作用于基 坑中，按照基坑工程中常規(guī)鋼管支撐設計原理計算出鋼管支撐軸力，將其作為軸力既定值；7) 操作電控箱，泵經(jīng)閥組供高壓油給液壓油缸大腔，使液壓油缸活塞桿伸長，將固定在 活塞桿上的支撐座作用在基坑圍護結構另一側的圍檁上，加大油壓，適當調整支撐軸力，達到較理想的控制和維護基坑變形的設定值后，使作用在該支撐點上的軸力達到既定值，即使 支撐和基坑內側墻土壓力保持平衡狀態(tài)，使液壓系統(tǒng)進入自動補償-保壓狀態(tài)；此時在活動端 鋼支撐與圍檁間插入安裝止退裝置；8) 將液壓系統(tǒng)進入自動補償-保壓狀態(tài)時的油缸油壓值作為既定推力油壓值，將此時液 壓油缸活塞桿的行程值作為既定行程值，并設置相應的上下限安全值；9) 由行程傳感器與壓力傳感器發(fā)送實時的油缸行程數(shù)據(jù)信息與壓力數(shù)據(jù)信息至電控箱進 行處理，進而與既定行程值和既定推力油壓值比較；10) 當軸力下降到下限時，系統(tǒng)即控制電機啟動并控制換向閥動作，泵源經(jīng)閥組供高壓 油給油缸大腔，使油缸大腔的油壓升高至設定的上限值，系統(tǒng)即控制電機停機和換向閥復位至 中位，使系統(tǒng)達到保壓穩(wěn)定狀態(tài)；當土體位移變化低于即定值時，同樣會導致軸力衰減，系 統(tǒng)即控制電機啟動并控制換向閥動作，泵源經(jīng)閥組供高壓油給油缸大腔，使油缸大腔的油壓升 高至設定的上限值，同時進行位移調整，行程傳感器信號值會相應增加，系統(tǒng)在自動位移調 整的同時進行自動報警；當土體位移變化超出設定值時，同樣會導致軸力增加并超出設定值， 液壓系統(tǒng)的閥組會自動溢流至安全范圍后復位保壓，同時系統(tǒng)進行自動報警。
3.根據(jù)權利要求2所述的基坑可控式液壓鋼支撐在基坑施工中的應用方法，其特征在 于施工方法中所述的既定推力油壓值可取為200bar，其上下限值為士15bar;既定行程值可 取為150mm，其上下限值為士5iM。
全文摘要
一種基坑可控式液壓鋼支撐及其應用，屬于建筑工程領域。該發(fā)明結構包括了固定端鋼支撐、活動端鋼支撐、止退裝置、電控箱及信號控制電纜；其中活動端鋼支撐與固定端鋼支撐通過螺栓固定連接為鋼支撐整體，止退裝置設置在活動端鋼支撐與基坑圍檁之間；其中活動端鋼支撐由液壓油缸、球鉸座、密封罩、行程傳感器、連接板、密閉油箱、支撐座、壓力傳感器、電機+泵及閥組構成；該鋼支撐裝置可將采集的軸力數(shù)據(jù)、行程變化數(shù)據(jù)等實時信息與支撐既定值進行比較，通過計算機控制的液壓系統(tǒng)實現(xiàn)支撐軸力自動調節(jié)補償，并可根據(jù)施工時的監(jiān)測結果調整支撐軸力，以達到控制基坑變形，確?；邮┕み^程安全的要求，可廣泛應用于基坑開挖過程中的坑體保護。
文檔編號E02D17/04GK101463606SQ20071017254
公開日2009年6月24日 申請日期2007年12月19日 優(yōu)先權日2007年12月19日
發(fā)明者宓佩明, 莊欠偉, 張露根, 磊 楊, 梁海濤, 段創(chuàng)峰, 王偉鋼, 王鶴林, 石元奇, 翟一欣, 郝震宇, 燕 黎 申請人:上海隧道工程股份有限公司