一种用于深基坑的伺服钢支撑轴力自适应调控系统及方法与流程

本发明属于建筑工程施工，特别是涉及一种用于深基坑的伺服钢支撑轴力自适应调控系统及方法。

背景技术：

1、目前，在深基坑工程支护体系中，全混凝土支撑体系虽然刚度大、变形小，但存在施工周期长、拆除困难且无法进行轴力动态调整的问题；全钢支撑体系虽施工便捷、可重复使用，但整体刚度相对较小，轴力易受温度变化和土体蠕变影响产生损失，且传统人工补力方式精度低、响应慢。近年来应用的伺服钢支撑技术虽可实现轴力实时调整，但大多采用人工预设固定轴力值的控制模式，无法根据基坑变形的实时变化进行自适应调控，且在超深基坑中难以单独满足整体刚度要求。因此，现有技术难以兼顾支护体系的整体刚度与动态调节灵活性，导致在敏感区域超深基坑工程中变形控制精度不足、安全风险较高。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的深基坑支护体系难以兼顾整体刚度与动态调节灵活性，且现有伺服系统无法根据实时变形进行自适应精准调控的问题，本技术通过一种用于深基坑的伺服钢支撑轴力自适应调控系统及方法，实现支撑轴力的自动、精准、动态调控及基坑变形的有效控制。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

3、一种用于深基坑的伺服钢支撑轴力自适应调控系统，所述系统包括相互协同联动的混凝土-伺服钢支撑混合支护体系、实时监测子系统、智能决策子系统以及伺服执行子系统；

4、所述混凝土-伺服钢支撑混合支护体系沿基坑深度方向呈分层分区梯次布置，共设置n道支撑，其中第1至m道为混凝土支撑，第m+1至n道为伺服钢支撑；所述混凝土支撑与伺服钢支撑通过钢围檩实现刚性耦合，协同构建成全封闭式的应力传导基台；

5、所述实时监测子系统包含多源异构传感器群，包括轴力传感器、地连墙测斜仪、地表沉降监测点、地下水位计及周边构筑物变形监测设备；所述实时监测子系统用于全天候采集基坑开挖全周期的力学响应与多维环境变形数据；

6、所述智能决策子系统配置有有限元预分析数据库、数据预处理模块和自适应pid控制器；所述智能决策子系统基于多源实时监测数据与预演模型的比对校验，通过自适应pid算法动态解算各支撑节点的最优目标轴力，并输出精准调控指令；

7、所述伺服执行子系统包括液压泵站、伺服油缸及位移传感器，其通信连接所述智能决策子系统；所述伺服执行子系统响应调控指令并精确驱动伺服油缸伸缩，进而实现对伺服钢支撑轴力的高精度闭环自适应调控。

8、较佳的是，所述混凝土-伺服钢支撑混合支护体系的空间布置准则包括：

9、当基坑开挖深度h≤15m时，设置1道混凝土支撑和2~3道伺服钢支撑；

10、当15m

11、当h>25m时，设置3道混凝土支撑和4~5道伺服钢支撑。

12、较佳的是，针对临近敏感区域的基坑区段，所述混凝土-伺服钢支撑混合支护体系中的支撑间距靶向加密至4~6m；所述敏感区域包括临近地铁或管线的区域。

13、较佳的是，所述混凝土支撑与所述钢围檩之间通过异质材料高强连接节点实现刚性耦合；

14、所述异质材料高强连接节点包括预埋钢板和连接螺栓，所述混凝土支撑的端部植入所述预埋钢板，并通过所述连接螺栓与所述钢围檩紧固连接；

15、所述混凝土支撑靠近所述钢围檩侧的内部设有剪力钉，所述剪力钉与所述预埋钢板锚固连接。

16、较佳的是，所述预埋钢板的厚度为20mm；

17、所述剪力钉的直径为16mm，且相邻所述剪力钉之间的间距为150mm；

18、所述钢围檩为工字钢截面，其腹板两侧对称焊接有加劲肋板，所述加劲肋板的厚度为12mm；

19、所述连接螺栓为m24高强连接螺栓；

20、所述混凝土支撑内部的混凝土支撑主筋末端与所述预埋钢板焊接连接。

21、较佳的是，所述智能决策子系统中所述自适应pid控制器介入解算的调控触发条件包括以下至少一种：

22、地连墙水平位移速率大于0.5mm/d；

23、地表沉降速率大于0.3mm/d；

24、支撑轴力波动突变大于10%；

25、周边敏感构筑物变形量达到预警管理值的80%。

26、较佳的是，所述伺服钢支撑采用双拼h型钢截面，其端部封焊有厚度为30mm的钢支撑端板；

27、所述轴力传感器嵌合于所述钢支撑端板与油缸端板之间；

28、所述伺服油缸采用双伺服油缸同步驱动设计，并配合所述位移传感器进行高精度位移反馈。

29、本发明还提供了一种用于深基坑伺服钢支撑轴力自适应调控方法，包含如下步骤：

30、基于深基坑三维有限元演化模型获取有限元预分析数据库，并标定各道支撑的初始设计轴力与预加轴力基准值；

31、梯次浇筑混凝土支撑并组装伺服钢支撑，同步部署实时监测子系统与伺服执行子系统，并采取分级加载策略对支撑施加初始预加轴力；

32、采集基坑本体及周边环境的多维实测数据，并将多源数据同步至所述智能决策子系统；

33、所述智能决策子系统融合实时监测数据与所述有限元预分析数据库进行偏差校验，当满足调控触发条件时，通过自适应pid控制器解算靶向轴力值并向伺服执行子系统下发指令，自动调整伺服钢支撑的轴力；

34、根据基坑实际变形态势动态迭代更新所述有限元预分析数据库，并在监测数据逼近或超出预警临界值时触发报警及应急调控响应；

35、待地下室主体结构施工至规定标高后，分级柔性卸放伺服钢支撑的轴力并依次拆除支撑体系。

36、较佳的是，所述根据基坑实际变形态势动态迭代更新所述有限元预分析数据库，并在监测数据逼近或超出预警临界值时触发报警及应急调控响应，包括：

37、利用实测数据反演机制优化后续开挖工况的支撑轴力设计值，并通过三级安全预警机制自动触发声光报警并启动应急调控响应预案；

38、所述分级柔性卸放伺服钢支撑的轴力并依次拆除支撑体系，包括：

39、严格执行先换撑、后拆撑的受力转换机制，通过控制系统分级柔性卸放所述伺服钢支撑的轴力，以平稳完成主体结构体系转换。

40、本发明提供了一种用于深基坑的伺服钢支撑轴力自适应调控系统及方法，具备以下有益效果：

41、本发明通过将上部混凝土支撑与下部伺服钢支撑沿深度方向分层分区梯次布置，并利用钢围檩实现刚性耦合构建全封闭式应力传导基台，利用混凝土支撑的高抗侧移刚度锁定基坑宏观变形基准，同时利用下部伺服钢支撑的动态可调性实现深部应力集中区的微调，从而在物理架构上解决了单一支护体系难以平衡整体稳定性与动态灵活性的矛盾，实现了刚柔并济的混合支护机理，优化了空间刚度场分布。

42、本发明通过智能决策子系统融合多源实时监测数据与有限元预分析数据库进行比对校验，并采用自适应pid算法动态解算最优目标轴力，替代了传统的人工预设固定值模式，建立了“感知-决策-执行-反馈”的无缝闭环控制机制；该机制能够根据土体蠕变和环境变化自主决策并零时滞响应，使支护应力与土压力的实时演进高度匹配，显著提升了轴力补偿的时效性与精准度。

43、本发明通过伺服执行子系统的高精度驱动与多源数据融合算法的协同作用，结合异质材料高强连接节点实现的无损传力，确保了调控指令的物理执行准度，能够将基坑变形严控在亚毫米级范围内，满足了城市核心区敏感环境对严苛变形控制的要求，有效降低了施工扰动引发次生灾害的风险。

44、本发明通过引入实测数据反演机制动态迭代更新有限元预分析数据库，并内置多级安全预警逻辑与应急调控方案，实现了从被动监测记录向主动风险干预的技术跨越；配合分级柔性卸载与先换撑后拆撑的体系转换机制，消除了结构转换过程中的应力突变风险，构建了施工全生命周期的安全屏障，同时减少了不可回收材料用量，符合绿色建造理念。