基坑支撑轴力随动控制系统及方法.pdf

本发明提供一种基坑支撑轴力随动控制系统及方法，包括液压缸、支撑座、锁紧块、顶杆、支撑架，自锁油缸以及PLC控制单元，所述顶杆与所述液压缸的活塞杆一端固定连接，所述顶杆和所述锁紧块上都有若干间隔设置的卡牙和导槽，所述自锁油缸带动所述锁紧块移动，完成所述液压缸机械自锁；同时，本发明还提供基坑支撑轴力随动控制方法，通过PLC控制单元，协调所述液压缸和所述自锁油缸的动作关系，完成所述液压缸的顶进和机械自锁，本发明提供的基坑支撑轴力随动控制系统及方法，可以避免人为操作所带来的资源消耗和不安全隐患，进一步保障了基坑施工安全有序地进行。

1.  一种基坑支撑轴力随动控制系统，其特征在于，包括液压缸、支撑座、两个支撑架、顶杆、两块锁紧块以及两个自锁油缸，所述顶杆通过螺栓与所述液压缸的活塞杆一端固定连接，所述支撑座套设于所述顶杆外侧且位于所述液压缸和所述锁紧块之间，所述支撑座通过螺栓与所述液压缸固定连接，所述两个支撑架对称设置于支撑座外侧且与所述支撑座固定连接，所述两块锁紧块位于所述支撑座上且对称设置于所述顶杆外侧，所述两个自锁油缸的一端均与所述支撑架销连接，所述两个自锁油缸的另一端均与所述锁紧块销连接。

2.  根据权利要求1所述的基坑支撑轴力随动控制系统，其特征在于,所述液压缸内设置有压力传感器和位置传感器。

3.  根据权利要求1-2中任一项所述的基坑支撑轴力随动控制系统，其特征在于,所述锁紧块内侧间隔设置若干导槽，所述顶杆上间隔设置若干环形卡牙，所述导槽与所述卡牙相互啮合。

4.  根据权利要求3所述的基坑支撑轴力随动控制系统，其特征在于,所述导槽或者说是所述卡牙的牙型角为10°-16°。

5.  根据权利要求4所述的基坑支撑轴力随动控制系统，其特征在于，所述两个自锁油缸两端都设置有连接耳环。

6.  根据权利要求4所述的基坑支撑轴力随动控制系统，其特征在于，还包括PLC控制单元以及三个二位四通电磁阀和一个三位四通电磁换向阀，其中，两个二位四通电磁阀分别设置于所述两个自锁油缸进、回油路上，另一个二位四通电磁阀设置于所述液压缸进、回油路上，所述三位四通电磁换向阀设置于所述总进油油路与总回油油路上，所述PLC控制单元分别与所述三个二位四通电磁阀以及所述三位四通电磁换向阀信号连接。

7.  一种基坑支撑轴力随动控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：提供如权利要求1-6中任一项所述基坑支撑轴力随动控制系统；
步骤2：将所述基坑支撑轴力随动控制系统设置于钢管支撑与所需微变形 控制的基坑围护墙之间，将所述顶杆顶在所述基坑围护墙的预埋钢板上；
步骤3：给所述钢管支撑施加设计要求的轴力，并设置轴力预警下限值；
步骤4：监视轴力变化：
当轴力达到所述轴力预警下限值时，所述自锁油缸执行回缩动作，带动所述锁紧块移动，打开所述液压缸的机械自锁，所述液压缸执行注油指令，所述液压缸加压；
当轴力重新恢复到设计要求轴力值时，所述自锁油缸执行伸出动作，带动所述锁紧块移动，所述液压缸的机械自锁闭合，锁定所述液压缸位置；
步骤5：基坑施工完成，拆除所述基坑支撑轴力随动控制系统。

基坑支撑轴力随动控制系统及方法
技术领域
本发明属于基坑施工领域，特别涉及一种基坑支撑轴力随动控制系统及方法。
背景技术
随着城市化进程的快速发展，城市的建设也日趋多元化和复杂化，建设施工的环境也越来越复杂，要求的标准也越来越高。现如今，在进行岩土施工时，特别是在深基坑开挖的过程中，为了保护基坑自身和周边建(构)筑物结构的安全，一般需要采用一些支护结构对深基坑进行支护，例如钢筋砼支撑、钢管支撑等。由于钢管支撑具有速度快，成本低等优点，它被越来越多地用于深基坑支护，特别在一些对基坑变形控制要求极其严格的场合,如运行地铁边的软土深基坑工程的变形控制等，一般还需要按照设计要求施加预应力，但随着施工时间的推移,钢支撑会产生应力松弛，钢支撑上的预应力会降低，有时甚至消失。通常需要在钢管支撑与围护墙之间设置一钢支撑轴力控制装置，通常是一千斤顶，如液压式千斤顶即油缸，由该千斤顶对该钢支撑施加预应力，以防止围护墙在基坑开挖过程中由于钢支撑轴力损失造成基坑变形超出控制范围。
中国专利文献CN101776106B于2012年10月17日公开了一种基坑钢支撑轴力自适应系统实时补偿液压油缸装置，当油缸进行“伸”工作时，第一活塞杆前进带动螺杆前进，此时，由于锁紧螺母与螺杆螺纹连接，所述锁紧螺母跟随螺杆前进，从而会在锁紧螺母与连接过渡套即防尘罩之间产生相应的间隙，为了防止消除锁紧螺母与防尘罩之间的间隙，现场的操作人员必须下到深基坑支撑补偿油缸位置，手动旋动锁紧螺母，使其与防尘罩靠牢，从而实现锁定油缸工作位置。一旦油缸出现故障或者供油回路发生漏油现象，油缸中油的压力会突然降低，螺杆就会快速回退，由于锁紧螺母靠在防尘罩上,可以阻止螺杆 回退，从而避免了钢管支撑对围护结构的支撑失效，保证了深基坑的施工安全。
因为在施工过程中，基坑每时每刻都在会发生一些微小变形，当变形量累积到一定值时，此时，液压缸缸内油的压力也随着下降到某一限值，为了避免基坑变形过大，就需要及时调整液压缸活塞杆的伸出量，所以频繁地需要人为去旋动锁紧螺母。通常，一个深基坑需要几十根甚至数百根这样的钢管支撑，如此大工作量会无形地增加了操作人员的劳动强度，而且由于人为的原因，不可避免地会遗漏某根钢管支撑或者某次锁紧螺母旋动工作，从而会给基坑施工留下一些不安全因素；加之，深基坑施工环境比较恶劣，很容易发生操作人员安全事故。
因此，提供一种能够及时锁定液压缸工作状态的自锁系统，可以避免人为旋转锁紧螺母所造成人力、财力的大量浪费以及所带来的一些不安全因素，发明一种基坑支撑轴力随动控制系统及方法是本领域技术人员亟待解决的一个技术问题。
发明内容
为了解决岩土工程中深基坑(尤其是地质条件复杂和环境敏感地区如城市运行地铁沿线的深基坑)开挖施工时变形不易控制难题,本发明提供的基坑支撑轴力随动控制系统及方法，可以及时锁定液压缸的工作状态，实现对液压缸实时机械自锁功能，从而避免了人工操作所造成人力、财力的大量浪费以及所带来的一些不安全因素，不仅降低了基坑微变形控制液压缸的使用人力成本，同时也有效地保障了施工过程的安全性。为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种基坑支撑轴力随动控制系统，包括液压缸、支撑座、两个支撑架、顶杆、两块锁紧块以及两个自锁油缸，所述顶杆通过螺栓与所述液压缸的活塞杆一端固定连接，所述支撑座套设于所述顶杆外侧且位于所述液压缸和所述锁紧块之间，所述支撑座通过螺栓与所述液压缸固定连接，所述两个支撑架对称设置于支撑座外侧且与所述支撑座固定连接，所述两块锁紧块位于所述支撑座上 且对称设置于所述顶杆外侧，所述两个自锁油缸的一端均与所述支撑架销连接，所述两个自锁油缸的另一端均与所述锁紧块销连接。
可选的，所述液压缸内设置有压力传感器和位置传感器。
可选的，所述锁紧块内侧间隔设置若干导槽，所述顶杆上间隔设置若干环形卡牙，所述导槽与所述卡牙相互啮合。
可选的,所述导槽或者说是所述卡牙的牙型角为10°-16°
可选的，所述锁紧油两端都设置有连接耳环。
可选的，还包括PLC控制单元以及三个二位四通电磁阀和一个三位四通电磁换向阀，其中，两个二位四通电磁阀分别设置于所述两个自锁油缸的进、回油路上，另一个二位四通电磁阀设置于所述液压缸的进、回油路上，所述三位四通电磁换向阀设置于所述总进油油路与总回油油路上，所述PLC控制单元分别与所述三个二位四通电磁阀以及所述三位四通电磁换向阀信号连接。
另外，本发明还提供一种基坑支撑轴力随动控制方法，包括如下步骤：
步骤1：提供一所述基坑支撑轴力随动控制系统；
步骤2：将所述基坑支撑轴力随动控制系统设置于钢管支撑与所需微变形控制的基坑围护墙之间，将所述顶杆顶在所述基坑围护墙的预埋钢板上；
步骤3：给所述钢管支撑施加设计要求的轴力，并设置轴力预警下限值；
步骤4：监视轴力变化：
当轴力达到所述轴力预警下限值时，所述自锁油缸执行回缩动作，带动所述锁紧块移动，打开所述液压缸的机械自锁，所述液压缸执行注油指令，所述液压缸加压；
当轴力重新恢复到设计要求轴力值时，所述自锁油缸执行伸出动作，带动所述锁紧块移动，所述液压缸的机械自锁闭合，锁定所述液压缸位置；
步骤5：基坑施工完成，拆除所述基坑支撑轴力随动控制系统。
相对于现有技术而言，本发明所提供的一种基坑支撑轴力随动控制系统及方法，至少具有以下有益的技术效果：
1、有效地降低了基坑施工的人力成本和工人的劳动强度：所述自锁油缸的伸出\回缩动作能够带动所述锁紧块闭合\张开，实现对所述液压缸工作状态 锁定\打开，从而避免了需要更多的操作工人去手动操作锁紧螺母，有效地降低了人力成本，同时也大大地降低了操作工人的劳动强度。
2、有效地保障了基坑施工的安全性：所述的基坑支撑轴力随动控制系统能够实时地锁定液压缸的工作状态，避免了因人的疏忽而给基坑施工带来一些不安全隐患，同时也保障了操作工人在基坑施工较为恶劣环境下的人身安全。
附图说明
图1是本发明一实施例的基坑支撑轴力随动控制系统的应用场合示意图；
图2是本发明一实施例的基坑支撑轴力随动控制系统结构示意图；
图3是图2的俯视图；
图4是本发明一实施例的基坑支撑轴力随动控制方法的流程图。
图5是本发明一实施例的基坑支撑轴力随动控制系统的液压原理图
具体实施方式
以下结合附图和具体实例对本发明提出的基坑支撑轴力随动控制系统及方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
参考图1，本实施例公开了一种基坑支撑轴力随动控制系统100，设置于钢管支撑200的一端，用于支撑基坑围护墙300，本实施例中，所述围护墙300紧邻运行地铁线路400。
结合图1至图3，本发明一实施例的基坑支撑轴力随动控制系统100，包括液压缸1、支撑座2、两个支撑架3、顶杆6、两块锁紧块5以及两个自锁油缸4。顶杆6与液压缸1中活塞杆远离活塞的一端螺栓固定连接，支撑座2套设在顶杆6的外侧，支撑座2通过螺栓与液压缸1固定连接，顶杆6随液压缸 1中活塞杆的伸出\缩回在支撑座2内做直线运动，实现对支撑基坑围护墙300的变形控制；两块锁紧块5位于支撑座2上且对称设置在顶杆6的外侧，两块锁紧块5均为半圆环结构；两支撑架3对称设置于支撑座2的外侧，支撑架3为对称焊接式钢结构，每个支撑架3包括4个支腿，支撑架3通过4个支腿与支撑座2固定连接；两个自锁油缸4分别设置在支撑架3上，每个自锁油缸4一端均与支撑架3销连接，每个自锁油缸4的另一端均与锁紧块5销连接；两个自锁油缸4共用同一供油\回油回路，每个自锁油缸内油缸4一致，保证两个自锁油缸4的动作协调一致。自锁油缸4的活塞杆伸出\缩回带动两锁紧块5相向\相反移动，锁紧块5锁紧\松开顶杆6，从而实现锁定\松开液压缸1的工作状态。
继续结合图2、图3和图5，液压缸1内还设置了压力传感器19和位置传感器20，压力传感器19能够监测液压缸中的压力大小，实现对钢管支撑200轴力的监测，位置传感器20可以监测液压缸1中活塞杆的位置，进一步监测液压缸1的工作状态。
继续结合图2和图3，在锁紧块5的内侧和顶杆6的外侧都间隔设置若干卡牙和导槽，卡牙和导槽的牙型角为10°-16°，两块锁紧块5在自锁油缸4的带动下向中心移动靠拢，锁紧块5中卡槽牙的齿伸入到顶杆6中导槽的槽内，形成若干个相互啮合的卡牙和导槽，基坑围护墙300对顶杆6的支反力通过若干个相互啮合的卡牙和导槽传递给锁紧块5,锁紧块5再将它传递给支撑座2,最后传递给液压缸1，从而实现在液压缸1发生故障时锁定顶杆6的位置。同时，利用斜面自锁原理，将锁紧块5导槽和顶杆6卡牙的牙型角设计为10°-16°，就可以使锁紧块5在没有其他外力的情况不会因为顶杆6所受的轴力而滑出。
继续结合图2和图3，自锁油缸4两端都设置有连接耳环，自锁油缸4在工作时，两端连接耳环可以分别绕连接销转动，可以使锁紧块5的位置在工作时出现小偏差时能够自动纠偏。
参考图5，并请结合图1-图3，所述基坑支撑轴力随动控制系统100还包括PLC控制单元17以及三个二位四通电磁阀12和一个三位四通电磁换向阀 14，其中，一个二位四通电磁阀12设置于液压缸1的进、回油路上，另两个二位四通电磁阀12分别设置于两个自锁油缸4的进、回油路上，三位四通电磁换向阀14设置于总进油油路与总回油油路上，PLC控制单元17分别与三个二位四通电磁阀12以及三位四通电磁换向阀14信号连接。通过PLC控制单元17对三个二位四通电磁阀12和一个三位四通电磁换向阀14的控制，可以实现自锁油缸4以及液压缸1的进、回油路的通断和通断的先后顺序、时间间隔，从而控制锁紧块5的开合与顶杆6的伸缩移动。此外，基坑支撑轴力随动控制系统100还包括油箱21、液压动力泵15以及比例溢流阀16等。总进油油路与总回油油路分别与油箱21相连。总进油油路上靠近油箱21的一端设有液压动力泵15，总回油油路靠近油箱21的一端设有比例溢流阀16，比例溢流阀16为带反馈的比例溢流阀，根据负载的压力反馈，设定参数，从而保证系统的压力恒定。比例溢流阀16、液压缸1中压力传感器19和位移传感器20分别与PLC控制单元17连接并将压力信息和位置信息反馈给PLC控制单元17。
参考图4，并请结合图1-图3和图5说明本发明提供的基坑支撑轴力随动控制方法，包括如下步骤：
步骤1：提供基坑支撑轴力随动控制系统100。
步骤2：将基坑支撑轴力随动控制系统100设置于钢管支撑200与所需微变形控制的基坑围护墙300之间，顶杆6顶在所述基坑围护墙300的预埋钢板上。
步骤3：给钢管支撑200施加设计要求的轴力，并设置轴力预警下限值。
通过液压缸1中压力传感器和PLC控制单元17给钢管支撑200施加设计要求的轴力，并设置轴力预警下限值。
步骤4：监视轴力变化：
当轴力达到轴力预警下限值时，当液压缸1中压力传感器19将轴力下限预警信号反馈给PLC控制单元17，PLC控制单元17向设置在自锁油缸4进、回油路上的两个二位四通电磁阀12发出打开机械自锁指令，两个二位四通电磁阀12执行机械自锁指令，自锁油缸4的活塞杆回缩，带动两锁紧块5朝相反方向移动，打开液压缸1的机械自锁，完成打开机械自锁指令；PLC控制单 元17发出打开机械自锁指令一定时间间隔之后，随即向设置在液压缸1进、回油路上的二位四通电磁阀12发出注入压力油指令，二位四通向电磁阀12执行注入压力油指令，液压缸1的活塞杆在压力油的推动下伸出，带动顶杆6进一步顶向基坑围护墙300的预埋钢板，压力传感器19监测到压力油的压力变化，同时位置传感器20检测液压缸1的活塞杆位移变化。
当位移变化为卡槽节距整数倍并且油的压力达到设计要求值时，PLC控制单元17向设置在液压缸1进、回油路上的二位四通电磁阀12发出停止注油指令，二位四通向电磁阀12执行停止注油指令，系统停止给液压缸1注油；PLC控制单元17发出停止注油信号指令一定时间间隔之后，PLC控制单元17向设置在自锁油缸4进、回油路上的两个二位四通电磁阀12发出闭合机械自锁指令，两个二位四通电磁阀12执行闭合机械自锁指令，两个自锁油缸4的活塞伸出，带动两块锁紧块5相向移动，锁紧块5和顶杆6上导槽和卡牙相互啮合，锁定顶杆6位置，完成液压缸1机械自锁。
步骤5：基坑施工完成，拆除基坑支撑轴力随动控制系统100。
综上所述，本发明提供的基坑支撑轴力随动控制系统及方法，能够实时地锁定所述液压缸的工作状态，可以避免需人工操作造成的大量人力财力的浪费，进一步降低操作工人的劳动强度；同时，能够消除一些因人为疏忽而带来的一些不安全隐患，进一步保障基坑施工安全有序地进行。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。