本發(fā)明涉及基坑支護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，具體來說涉及一種用于基坑支護(hù)的以位移為伺服目標(biāo)的支撐軸力伺服系統(tǒng)及其測(cè)控方法。

背景技術(shù)：

近年來地下軌道交通建設(shè)普及，并且城市建筑物密度不斷加大，導(dǎo)致不少新建建筑基坑工程都緊鄰地鐵線或者重要建筑物，要保證施工過程中基坑自身的安全和基坑周邊建筑物的形變量處于嚴(yán)苛的范圍內(nèi)，工程中普遍采用支撐軸力伺服系統(tǒng)來進(jìn)行基坑開挖過程中對(duì)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的支護(hù)。

目前較多的鋼支撐軸力伺服系統(tǒng)都是以基坑支護(hù)過程中鋼支撐受到的軸力為測(cè)控目標(biāo)進(jìn)行伺服的，系統(tǒng)隨著基坑側(cè)壁壓力的增減進(jìn)行加載與卸載。鋼支撐軸力是由基坑側(cè)壁外側(cè)的土壓力引起的被動(dòng)力，隨土壓力變化而變化，而土壓力的變化規(guī)律影響因素復(fù)雜，難以準(zhǔn)確掌握，導(dǎo)致圍護(hù)結(jié)構(gòu)的側(cè)向位移與軸力之間往往并不存在特定的數(shù)學(xué)關(guān)系式，因此以軸力為目標(biāo)的伺服系統(tǒng)無法達(dá)到對(duì)位移的精確控制。再者，各根鋼支撐之間的受力存在一定的相關(guān)關(guān)系，某根鋼支撐的卸載會(huì)帶來鄰近鋼支撐受力的增大，因此油泵隨著壓力的增減而加載卸載的工作原理是有缺陷的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于上述情況，本發(fā)明提供一種以位移為伺服目標(biāo)的支撐軸力伺服系統(tǒng)及其測(cè)控方法，用于解決以軸力為伺服目標(biāo)存在的受力復(fù)雜導(dǎo)致無法精確控制位移的技術(shù)問題，實(shí)現(xiàn)在基坑開挖過程中對(duì)基坑側(cè)壁的位移及變形進(jìn)行嚴(yán)格控制之目的。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是提供一種以位移為伺服目標(biāo)的支撐軸力伺服系統(tǒng)，其包括設(shè)于基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部的鋼支撐；其中，所述支撐軸力伺服系統(tǒng)還包括支撐頭及數(shù)控泵站；所述支撐頭具有位移傳感器，所述支撐頭設(shè)于所述鋼支撐的端部上并與所述鋼支撐構(gòu)成組合體，所述組合體兩端與所述基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的相對(duì)兩側(cè)固定連接；所述數(shù)控泵站通過油管及線纜與所述支撐頭連接，以根據(jù)所述支撐頭測(cè)得的軸力數(shù)據(jù)及所述位移傳感器測(cè)得的位移數(shù)據(jù)控制驅(qū)動(dòng)所述支撐頭動(dòng)作。

本發(fā)明支撐軸力伺服系統(tǒng)的進(jìn)一步改進(jìn)在于，所述數(shù)控泵站內(nèi)部設(shè)有plc控制器，所述plc控制器輸入有控制參數(shù)，所述控制參數(shù)包括位移控制值、軸力控制值、位移控制速率及預(yù)加軸力值。

本發(fā)明支撐軸力伺服系統(tǒng)的進(jìn)一步改進(jìn)在于，所述基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)包括相對(duì)設(shè)置的伺服端側(cè)壁及非伺服端側(cè)壁，所述鋼支撐的一端與所述伺服端側(cè)壁固接，另一端與所述非伺服端側(cè)壁固接；所述基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)還包括位于所述組合體下方的基坑底板以及位于所述組合體上方的混凝土支撐；所述支撐頭設(shè)于所述鋼支撐與所述非伺服端側(cè)壁固接的端部處。

本發(fā)明支撐軸力伺服系統(tǒng)的進(jìn)一步改進(jìn)在于，所述數(shù)控泵站靠近所述非伺服端側(cè)壁地設(shè)于所述基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的外部。

本發(fā)明另提供一種以位移為伺服目標(biāo)的支撐軸力伺服系統(tǒng)的測(cè)控方法，所述測(cè)控方法用于測(cè)量設(shè)于基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部的鋼支撐的位移量，所述方法的步驟包括：

輸入控制參數(shù)至所述伺服系統(tǒng)中，所述控制參數(shù)包括位移控制值、軸力控制值、位移控制速率及預(yù)加軸力值；

依預(yù)加軸力值對(duì)所述鋼支撐的軸力施加到位；

在所述鋼支撐的軸力值達(dá)到所述預(yù)加軸力值時(shí)，在預(yù)設(shè)時(shí)間內(nèi)進(jìn)行穩(wěn)壓；

讀取完成穩(wěn)壓作業(yè)之時(shí)刻的鋼支撐位移量并記錄為初始位移值；

啟動(dòng)所述伺服系統(tǒng)自動(dòng)掃描，獲得所述鋼支撐的實(shí)時(shí)軸力值、實(shí)時(shí)位移量及位移變化速率，以開始進(jìn)行測(cè)控作業(yè)；所述實(shí)時(shí)位移量是指某時(shí)刻所測(cè)位移值與所述初始位移值之差；

其中，所述測(cè)控作業(yè)包括：

1)當(dāng)所述實(shí)時(shí)位移量大于所述位移控制值(sn>sf)，或者，當(dāng)所述位移變化速率大于所述位移控制速率(vn>vf)時(shí)，發(fā)出三級(jí)報(bào)警，并對(duì)鋼支撐的軸力加壓以至所述實(shí)時(shí)位移量小于所述位移控制值；

2)當(dāng)所述實(shí)時(shí)軸力值大于所述軸力控制值時(shí)，發(fā)出二級(jí)報(bào)警，進(jìn)行人工操作；

3)當(dāng)所述實(shí)時(shí)位移量小于所述位移控制值(sn<sf)，且所述實(shí)時(shí)軸力值小于所述軸力控制值(pn<pf)時(shí)，采集所述鋼支撐的位移量及軸力值的變化趨勢(shì)。

本發(fā)明支撐軸力伺服系統(tǒng)的測(cè)控方法的進(jìn)一步改進(jìn)在于，所述采集所述鋼支撐的位移量及軸力值的變化趨勢(shì)的步驟中，若位移量增大且軸力值增大時(shí)，對(duì)所述鋼支撐的軸力值加壓一級(jí)；若位移量增大且軸力值減小時(shí)，對(duì)所述鋼支撐的軸力值加壓一級(jí)；若位移量減小且軸力值增大時(shí)，進(jìn)行穩(wěn)壓作業(yè)；若位移量減小且軸力值減小時(shí)，讀取被測(cè)鋼支撐的相鄰兩根鋼支撐的軸力值；當(dāng)所述相鄰兩根鋼支撐的軸力值同時(shí)增大時(shí)，對(duì)所述被測(cè)鋼支撐的軸力值加壓一級(jí)；當(dāng)所述相鄰兩根的軸力值未增大時(shí)，發(fā)出二級(jí)報(bào)警，進(jìn)行人工操作。

本發(fā)明支撐軸力伺服系統(tǒng)的測(cè)控方法的進(jìn)一步改進(jìn)在于，所述伺服系統(tǒng)包括設(shè)于所述鋼支撐上的支撐頭以及與所述支撐頭連接的數(shù)控泵站；所述支撐頭設(shè)有位移傳感器，所述數(shù)控泵站內(nèi)部設(shè)有plc控制器；所述伺服系統(tǒng)通過所述plc控制器讀取所述位移傳感器測(cè)得的位移數(shù)據(jù)以及讀取所述支撐頭測(cè)得的軸力數(shù)據(jù)。

本發(fā)明支撐軸力伺服系統(tǒng)的測(cè)控方法的進(jìn)一步改進(jìn)在于，將支撐頭組裝于所述鋼支撐的端部以構(gòu)成組合體；

當(dāng)基坑開挖至鋼支撐的設(shè)計(jì)標(biāo)高位置時(shí)，將所述組合體對(duì)應(yīng)所述設(shè)計(jì)標(biāo)高位置固定于所述基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的相對(duì)兩側(cè)壁之間；

將所述組合體的支撐頭通過油管與線纜與所述數(shù)控泵站連接；

將所述控制參數(shù)輸入至所述數(shù)控泵站；

所述伺服系統(tǒng)通過所述plc控制器讀取所述位移傳感器測(cè)得的位移數(shù)據(jù)以及讀取所述支撐頭測(cè)得的軸力數(shù)據(jù)；

所述數(shù)控泵站通過所述plc控制器獲得的位移數(shù)據(jù)及軸力數(shù)據(jù)，控制驅(qū)動(dòng)所述支撐頭進(jìn)行鋼支撐的軸力調(diào)整。

本發(fā)明支撐軸力伺服系統(tǒng)的測(cè)控方法的進(jìn)一步改進(jìn)在于，在所述鋼支撐的軸力值達(dá)到所述預(yù)加軸力值時(shí)，穩(wěn)壓5分鐘。

本發(fā)明通過前述以位移為伺服目標(biāo)的支撐軸力伺服系統(tǒng)及其測(cè)控方法，同時(shí)對(duì)鋼支撐的位移量和軸力值兩個(gè)參數(shù)進(jìn)行控制與修正，并以位移量的變化為主要控制目標(biāo)，參考軸力變化值，從而形成閉環(huán)控制，令數(shù)控泵站的plc控制器能夠通過分析測(cè)得數(shù)據(jù)，以給出新的測(cè)控指令，從而達(dá)到理想的變形控制效果，最大程度地提高了體系的測(cè)控精度。

附圖說明

圖1是本發(fā)明支撐軸力伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明支撐軸力伺服系統(tǒng)的測(cè)控邏輯示意圖。

附圖標(biāo)記與部件的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下：

基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)10；伺服端側(cè)壁11；非伺服端側(cè)壁12；基坑底板13；混凝土支撐14；鋼支撐20；組合體200；支撐頭30；位移傳感器31；數(shù)控泵站40；線纜41；plc控制器42；移控制值sf；軸力控制值pf；位移控制速率vf；預(yù)加軸力值ppre；實(shí)時(shí)軸力值pn；實(shí)時(shí)位移量sn；位移變化速率vn。

具體實(shí)施方式

為利于對(duì)本發(fā)明的了解，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例進(jìn)行說明。

請(qǐng)參閱圖1、圖2，本發(fā)明提供一種以位移為伺服目標(biāo)的支撐軸力伺服系統(tǒng)及其測(cè)控方法，其用于測(cè)量設(shè)于基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)10內(nèi)部的鋼支撐20的位移量。

如圖1所示，所述伺服系統(tǒng)設(shè)于基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)10內(nèi)部，所述系統(tǒng)包括鋼支撐20、支撐頭30及數(shù)控泵站40。其中，所述基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)10包括相對(duì)設(shè)置的伺服端側(cè)壁11及非伺服端側(cè)壁12，所述鋼支撐20的一端與所述伺服端側(cè)壁11固接，另一端與所述非伺服端側(cè)壁12固接；所述基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)10還包括位于所述鋼支撐20下方的基坑底板13以及位于所述鋼支撐20上方的混凝土支撐14。所述支撐頭30具有位移傳感器31，所述支撐頭30設(shè)于所述鋼支撐20的端部上并與所述鋼支撐20構(gòu)成組合體200，所述組合體200兩端與所述基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)10的相對(duì)兩側(cè)固定連接；所述數(shù)控泵站40通過油管及線纜41與所述支撐頭30連接，以根據(jù)所述支撐頭30測(cè)得的軸力數(shù)據(jù)及所述位移傳感器31測(cè)得的位移數(shù)據(jù)控制驅(qū)動(dòng)所述支撐頭30動(dòng)作。

于本發(fā)明實(shí)施例中，所述數(shù)控泵站40內(nèi)部設(shè)有plc控制器42，所述plc控制器42輸入有控制參數(shù)，所述控制參數(shù)包括位移控制值sf、軸力控制值pf、位移控制速率vf及預(yù)加軸力值ppre。所述數(shù)控泵站40靠近所述非伺服端側(cè)壁12地設(shè)于所述基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)10的外部。

以上說明了本發(fā)明以位移為伺服目標(biāo)的支撐軸力伺服系統(tǒng)的架構(gòu)說明，以下請(qǐng)以圖1配合參閱圖2，說明本發(fā)明以位移為伺服目標(biāo)的支撐軸力伺服系統(tǒng)的測(cè)控方法的具體實(shí)施方式。

本發(fā)明支撐軸力伺服系統(tǒng)通過所述plc控制器42讀取所述位移傳感器31測(cè)得的位移數(shù)據(jù)以及讀取所述支撐頭30測(cè)得的軸力數(shù)據(jù)；其中，在進(jìn)行測(cè)控方法之前，先將支撐頭30組裝于所述鋼支撐20的端部以構(gòu)成組合體200備用。當(dāng)基坑開挖至鋼支撐的設(shè)計(jì)標(biāo)高位置時(shí)，將所述組合體200對(duì)應(yīng)所述設(shè)計(jì)標(biāo)高位置固定于所述基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)10的相對(duì)兩側(cè)壁11、12之間，并將所述組合體200的支撐頭30通過油管與線纜41與所述數(shù)控泵站40連接；將所述控制參數(shù)輸入至所述數(shù)控泵站40。借此，所述伺服系統(tǒng)即可通過所述plc控制器42讀取所述位移傳感器31測(cè)得的位移數(shù)據(jù)以及讀取所述支撐頭30測(cè)得的軸力數(shù)據(jù)；進(jìn)而所述數(shù)控泵站40通過所述plc控制器42獲得的位移數(shù)據(jù)及軸力數(shù)據(jù)，控制驅(qū)動(dòng)所述支撐頭30進(jìn)行鋼支撐20的軸力調(diào)整。

如圖2所示，本發(fā)明用于基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)10的以位移為伺服目標(biāo)的支撐軸力伺服系統(tǒng)的測(cè)控方法的步驟包括：

步驟a：輸入控制參數(shù)至所述伺服系統(tǒng)中，所述控制參數(shù)包括位移控制值sf、軸力控制值pf、位移控制速率vf及預(yù)加軸力值ppre。

步驟b：依預(yù)加軸力值ppre對(duì)所述鋼支撐20的軸力施加到位。

步驟c：在所述鋼支撐20的軸力值達(dá)到所述預(yù)加軸力值ppre時(shí)，在預(yù)設(shè)時(shí)間內(nèi)進(jìn)行穩(wěn)壓；于本發(fā)明實(shí)施例中，所述預(yù)設(shè)的穩(wěn)壓時(shí)間較佳為5分鐘。

步驟d：讀取完成穩(wěn)壓作業(yè)之時(shí)刻的鋼支撐位移量并記錄為初始位移值。

步驟e：啟動(dòng)所述伺服系統(tǒng)自動(dòng)掃描，獲得所述鋼支撐20的實(shí)時(shí)軸力值pn、實(shí)時(shí)位移量sn及位移變化速率vn，以開始進(jìn)行測(cè)控作業(yè)；所述實(shí)時(shí)位移量sn是指某時(shí)刻所測(cè)位移值與所述初始位移值之差。

具體地，所述步驟e中的測(cè)控作業(yè)包括進(jìn)行以下判斷及執(zhí)行步驟：

步驟1)：當(dāng)所述實(shí)時(shí)位移量sn大于所述位移控制值sf(sn>sf)，或者，當(dāng)所述位移變化速率vn大于所述位移控制速率vf(vn>vf)時(shí)，發(fā)出三級(jí)報(bào)警，并對(duì)鋼支撐20的軸力加壓以至所述實(shí)時(shí)位移量sn小于所述位移控制值sf。

步驟2)：當(dāng)所述實(shí)時(shí)軸力值pn大于所述軸力控制值pf時(shí)，發(fā)出二級(jí)報(bào)警，進(jìn)行人工操作。

步驟3)：當(dāng)所述實(shí)時(shí)位移量sn小于所述位移控制值sf(sn<sf)，且所述實(shí)時(shí)軸力值pn小于所述軸力控制值pf(pn<pf)時(shí)，采集所述鋼支撐20的位移量及軸力值的變化趨勢(shì)。

更具體地，所述步驟3)中，采集所述鋼支撐20的位移量及軸力值的變化趨勢(shì)的步驟中：

若位移量增大且軸力值增大時(shí)，對(duì)所述鋼支撐20的軸力值加壓一級(jí)；

若位移量增大且軸力值減小時(shí)，對(duì)所述鋼支撐20的軸力值加壓一級(jí)；

若位移量減小且軸力值增大時(shí)，進(jìn)行穩(wěn)壓作業(yè)；

若位移量減小且軸力值減小時(shí)，讀取被測(cè)鋼支撐20的相鄰兩根鋼支撐20的軸力值；當(dāng)所述相鄰兩根鋼支撐20的軸力值同時(shí)增大時(shí)，對(duì)所述被測(cè)鋼支撐20的軸力值加壓一級(jí)；當(dāng)所述相鄰兩根的軸力值未增大時(shí)，發(fā)出二級(jí)報(bào)警，進(jìn)行人工操作。

綜上，本發(fā)明通過前述技術(shù)方案，于鋼支撐20安裝完成以后，即可開始支撐軸力伺服系統(tǒng)的伺服控制，將基坑向下開挖至設(shè)定值，待位移量趨穩(wěn)時(shí)，使伺服系統(tǒng)通過支撐頭30上的位移傳感器31采集基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)10的位移數(shù)據(jù)，當(dāng)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)10位移超出位移控制值sf時(shí)，驅(qū)使數(shù)控泵站40啟動(dòng)加載并發(fā)出報(bào)警，同時(shí)監(jiān)控鋼支撐20的軸力，當(dāng)軸力超出軸力控制值pf時(shí)，數(shù)控泵站40發(fā)出報(bào)警請(qǐng)求人工介入加撐；當(dāng)鋼支撐20的位移量及軸力值都在控制值的范圍內(nèi)時(shí)，數(shù)控泵站40通過分析位移變化速率vn及實(shí)時(shí)軸力值pn來進(jìn)行軸力的控制，如果位移變化量發(fā)生突變或者軸力急劇增大時(shí)，數(shù)控泵站40將自動(dòng)報(bào)警或自動(dòng)加壓并報(bào)警，從而可以用于基坑開挖時(shí)對(duì)基坑側(cè)壁變形量控制嚴(yán)格的支護(hù)工程中，并起到良好的監(jiān)控效果。

以上結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域中普通技術(shù)人員可根據(jù)上述說明對(duì)本發(fā)明做出種種變化例。因而，實(shí)施例中的某些細(xì)節(jié)不應(yīng)構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限定，本發(fā)明將以所附權(quán)利要求書界定的范圍作為本發(fā)明的保護(hù)范圍。