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ZB3600S钢支撑轴力智能补偿系统简介

时间:2016/11/16 9:56:28  作者:陈建海 金立源 刘可可  来源:摘自第六届深基础发展论坛论文集  

  摘 要:文章介绍了“DZB3600S钢支撑轴力智能补偿系统”的构成、工作原理、主要设备的作用、现场安装的位置、安装流程。

  关键词:轴力;智能补偿;简介

 

  一、概述

  随着我国地下工程的高速发展,基坑开挖过程中安全问题也被越来越多的关注。基坑支护的轴力监测问题在许多国家基础建设中都存在,并得到高度重视,日本、德国、英国、新西兰等国家很早就在这方面开展了相关工作,并取得了一定的进展。钢支撑在我国使用以来,多次出现重大安全事故,给施工单位、业主的资产造成严重损坏和伤亡等问题。

  DZB3600S钢支撑轴力智能补偿系统是徐州盾安重工机械制造有限公司研制的最新基坑支护轴力实时监测、补偿系统,由补偿节、泵站、控制柜及软件系统共同组成的一套完整的基坑支护、实时监测装置。

  轴力实时补偿对应土体压变化,极大的减少基坑位移的影响,系统通过各单元元件冗余进行原件的故障进行控制,降低了因系统故障而影响整体安全的事故因素。通过自主设计的随动自锁油缸,保证在系统全部瘫痪的前题下依然能保证基坑不会失稳。通过集成通信模块对系统数据进行压缩传输到网络,使整个系统信息实现实时传输与远程控制功能,降低了施工成本与数据传输的滞后性,让施工更准确更轻松更安全。

  系统特点及功能:输出液压管路排线式布置,外型紧凑美观,集成度高;三组液压系统相互独立运行,每组液压系统可独立控制8根补偿节,输出推力可根据需要实时调节并进行监控;三组液压系统相互间顺序监控,如某一路的压力源出现故障(如电机或是泵出现故障,无法打出压力油),故障自动诊断系统会自行识别,并在极短的时间内切换到旁边的液压系统供油,以保证系统安全运行。

  表一:钢支撑轴力智能补偿系统主要技术参数

ZB3600S钢支撑轴力智能补偿系统简介

 

  二、DZB3600S钢支撑轴力智能补偿系统简介

  1、钢支撑轴力智能补偿系统的构成

  钢支撑轴力智能补偿系统由动力系统、补偿系统、控制系统组成的成套基坑支撑压力自动补偿装置,可以在无人值守情况下全天候实现稳定可靠的自动补偿运作,保证补偿系统的压力自动维持在设定的范围内。一个控制中心(控制柜)同时控制3套液压动力站,1套液压动力站同时控制8个补偿油缸(即补偿节,对应8个钢支撑),一套钢支撑轴力智能补偿系统可同时实现对24个钢支撑轴向力的自动补偿控制(见图一),具有响应速度快,控制精度高等一系列优点。

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  图一 钢支撑轴力智能补偿系统构成分配图

  2、适用范围

  钢支撑轴力智能补偿系统适用于周围环境变形敏感、基坑围护变形控制要求较高的深基坑工程。广泛应用于地下连续墙工程,特别是针对地铁沿线、高层建筑周边的基坑支护,由于其特殊的地理位置,为了确保工程施工不影响到地铁隧道、周边建筑物的安全,有效控制地面沉降,严格控制基坑围护结构变形等情况。

  3、动力系统的特点及功能

  动力系统有电源系统和液压体统两部分组成:

  1)液压系统

  (1)多组液压系统(液压动力站,见图二)相互独立运行,每组液压系统可独立控制8个补偿油缸(即补偿节,对应8个钢支撑),输出压力可根据需要实时调节并进行监控。

  (2)多组液压系统相互间顺序监控,如有一路的压力源出现故障,系统将会自动诊断识别,并在5s内切换到旁边的液压系统供油,确保系统安全运行。

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  图二 液压动力站

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  图三 发电机

  2)电源系统

  电源系统是由包括电网电源、发电机(见图三)及UPS不间断电源组成的自动切换的智能电源系统。

  基于安全设计思想,在电网电源出现故障时,系统在UPS不间断电源供电下继续正常工作,维持主系统监测和信息传输。当系统监测到补偿节需要进行推力补偿时,系统发送控制信号,启动发电机,然后再启动液压系统对补偿节进行补偿。

  4、 补偿系统特点及功能

  1)补偿节(见图四)由液压驱动,输出推力可达300吨,系统运行过程中推力的大小可以进行监控,并且无极可调。

  2)补偿节行程为150mm,可以根据现场情况进行长度补偿。

  3)补偿节具有随动自锁功能,对系统进行实时保压,在液压锁定时,增加机械保护功能,避免发生事故。

  4)回程时液控解锁。

  5)补偿节的外支撑结构对补偿节有机械保护,在运输途中起到稳定的作用,便于储存和运输;端部的接口可直接与标准的609钢管连接;一体化结构设计,外型美观紧凑。

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 图四 补偿节(油缸)

 

  5、控制系统特点及功能

  1)控制系统包括ECU主控模块、CPU的自动冗余安全切换模块、基于以态网的有线和无线信息传输的GROOV模块、基于总线的输出模块、基于智能触摸控制的组态软件模块。

  2)主控CPU通过总线实时监测各补偿节的状态,当与设定值不符合时,输出相应的指令,通过总线让液压系统进行相应的动作,以使补偿节的输出推力达到设定值;基于CPU故障安全的设计思想,备用CPU对主控CPU进行实时监控,当主控CPU出现故障时,备用CPU立即切换到主控模式运行,并触发报警信息;基于以太网的GROOV模块可通过3G、4G网络或互联网,将现场ECU与基站、工控机或是智能终端系统进行数据交互,使授权的终端能实时显示现场的运行状态,操控各个补偿节,并能传输和接收现场的视频文件。

  3)控制系统具有PAC控制模式(手动或自动)、远程遥控模式及越权控制模式三种,可通过该界面进行参数设定及实时监控等。

  4)系统输出推力的控制:当某一补偿节实时监测的推力低于设定值时,电机自行启动,泵压力上到预定值,开启开关阀,往该补偿节中供油,使之压力达到设定值,到设定之后换向阀断电通过液压锁保压,电机停掉。当检测到推力高于所需的值,可将换向阀开启,卸掉一部分压力,然后断电通过液压锁保压。

  5)压力控制

  压力控制精度控制在±3~±5范围内(根据实际情况),当补偿节压力低于设定油压值的-5时,补偿节电机自动运行,当系统压力达到设定值时,换向阀自动打开,补偿节压力达到设定油压时自动停止补偿。

  自动控制系统可以在无人值守情况下全天候实现稳定可靠地自动补偿运作,保证补偿节的压力自动维持。

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  图五 控制柜

  6)远程监控系统

  在远程监控模式下,无需操作工程师在基坑现场,其应用手机、Ipad、Pc等终端设备,通过3G、4G网路或者因特网即可实现远程补偿控制、控制参数设定、数据采集监控、实时、历史曲线的分析等。

  7)越权控制

  在设备急需维护检修或者控制网络链路出现故障的情况下,实现在就地专用控制箱强制操作,不依赖PAC控制网络实行应急控制,保证系统的安全性和可靠性。

  三、钢支撑轴力智能补偿系统补偿系统的安装

  1、安装前的准备

  在安装前应按照工地施工计划用量备足补偿节、控制柜、泵站、供电应急系统、及各种规格长度液压胶管等相关材料;同时根据基坑围护结构图纸尺寸,还要备足各种长度的Φ609×16钢支撑管、活络头及钢垫块、钢楔块、紧固螺栓、铁板等支撑材料。

  2、补偿系统具体安装步骤

  在补偿节拼装及钢支撑安装吊装前要将控制柜、泵站及供电应急系统放置到位,并保持各个柜体放置平整,柜门可以打开自如,各个柜体之间要保证一定的距离(具体根据现场情况而定)。

  1)连接电力:将控制柜的动力线与工地现场的三相电连接,完成后并将泵站柜与控制柜之间、发电柜与控制柜之间的重载插件互相连接起来。

  2)安装附件:按说明书安装报警灯、摄像头、信号发射器、无线网卡等附件。

  3)检测信号:准备一个操作室(操作室距离现场控制柜距离不得大于50米),将电脑放置在操作室内,连接好电源、鼠标、键盘、网卡及打印机等,启动电脑并检测现场信号;如检测到信号,并且强度很好则表明可以正常使用。

  4)补偿节与钢支撑的连接:将补偿节与拼装好的钢支撑用M24螺栓连接紧固(见图六)。

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  图六 补偿节与钢支撑的连接示意图

  5)钢支撑补偿节的吊装和钢支撑补偿节吊装安装位置:将已拼装好的补偿节与钢支撑用吊车水平吊放,在补偿节或钢支撑活络头端没有施加预应力之前,吊车不准松开钢支撑与补偿节(见图七、图八)。

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图七 有围囹的基坑钢支撑补偿节安装示意图

 

ZB3600S钢支撑轴力智能补偿系统简介

 图八没有围囹的基坑钢支撑补偿节安装示意图

 

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 图九 补偿节及钢支撑安装完成后效果

  6)施加预应力:在补偿节与钢支撑放置到位后,在活络头端用相关顶紧工具缓慢对钢管支撑施加预应力至预定值。

  7)连接液压管:在每个补偿节安装到位并施加预应力完毕后,对每个补偿节进行液压管的连接,用液压管将泵站与补偿节之间连接起来,泵站端和控制柜端的操作面板相对应,以便于方便从控制面板上知道,操作控制时所对应的的补偿节具体位置。

  9)补偿节的控制:将控制柜打开并启动,在操作面板上将每个泵站上的补偿节压力调整到预先所需要的设定压力,完成整个过程的控制。

  四、总结

  DZB3600S钢支撑轴力智能补偿系统是一种新型的基坑支护轴力实时监测、补偿系统,由补偿节、泵站、控制柜及软件系统共同组成的一套完整的基坑支护、监测装置。

  DZB3600S钢支撑轴力智能补偿系统适用于周围环境变形敏感、基坑围护变形控制要求较高的深基坑工程。广泛应用于地下连续墙工程,特别是针对地铁沿线、高层建筑周边的基坑支护,由于其特殊的地理位置,为了确保工程施工不影响到地铁隧道、周边建筑物的安全,有效控制地面沉降,严格控制基坑围护结构变形等情况。

  轴力实时补偿对应土体压变化,极大的减少基坑位移的影响;系统通过各单元元件冗余进行原件的故障进行控制,降低了因系统故障而影响整体安全的事故因素;通过随动自锁油缸,保证在系统全部瘫痪的前题下依然能保证基坑不会失稳;通过集成通信模块对系统数据进行压缩传输到网络,使整个系统信息实现实时传输与远程控制功能,降低了人工成本与数据传输的滞后性,让施工更准确更轻松更安全。

  DZB3600S钢支撑轴力智能补偿系统已在地下连续墙工程、地铁基坑施工中得到广泛应用,其中有上海虹口区海南路10号地块项目、上海万科53号地块项目、天津天河城购物中心项目。

  DZB3600S钢支撑轴力智能补偿系统提升了我国钢支撑轴力智能补偿系统的设计及制造水平,引领了行业技术进步,实现了我国轴力智能补偿系统的“中国创造”的跨越式发展,并具有重大的经济效益和社会效益。


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