CN108252980A - 一种基坑变形精细化控制装置和控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基坑变形精细化控制装置和控制方法，该控制装置设于钢管支撑与基坑围护墙之间，包括液压缸、与所述液压缸的输出端连接的顶杆、套设于所述顶杆上且与所述液压缸固定连接的防尘罩，所述顶杆远离所述液压缸的一端从所述防尘罩中伸出，所述顶杆的伸出端与所述防尘罩之间还设有锁紧单元，所述液压缸和锁紧单元还连接一控制单元。该控制装置安装于钢管支撑与基坑围护墙之间，不仅可以对基坑围护墙施加设计要求的轴力，并且对该轴力进行实时监控，当该轴力低于设定的轴力预警下限值时，控制液压缸加压使所述顶杆顶出，使轴力恢复到设计要求的轴力值，同时通过锁紧单元将顶杆与防尘罩进行自动锁紧，无需人工操作，安全可靠。
Description
技术领域
本发明涉及基坑施工领域，具体涉及一种可以实时补偿基坑钢支撑轴力的基坑变形精细化控制装置和控制方法。
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。
公开号为CN101776106B的中国专利文献于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，当钢支撑的轴力变化超过设定值后会进行报警，施工人员可以远程对钢支撑的轴力进行控制调整。但是，在远程控制调整时，特别是当油缸进行“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，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，由于锁紧螺母紧靠防尘罩，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。
然而在施工过程中，基坑每时每刻都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，所以需要人工频繁旋动锁紧螺母。通常，一个大型深基坑需要几十根甚至数百根钢管支撑，如此大工作量无形地增加了操作人员的劳动强度，而且由于人工操作过程中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，从而给基坑施工带来一些不安全因素；此外，深基坑施工环境比较恶劣，操作人员容易发生安全事故。
发明内容
本发明提供了一种基坑变形精细化控制装置和控制方法，以解决现有技术中存在的劳动强度大、容易出现失误以及操作人员容易发生事故的问题。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种基坑变形精细化控制装置，设于钢管支撑与基坑围护墙之间，包括液压缸、与所述液压缸的输出端连接的顶杆、套设于所述顶杆上且与所述液压缸固定连接的防尘罩，所述顶杆远离所述液压缸的一端从所述防尘罩中伸出，所述顶杆的伸出端与所述防尘罩之间设有锁紧单元，所述液压缸和锁紧单元还连接一控制单元。
进一步的，所述液压缸内设有压力传感器，所述压力传感器与所述控制单元连接。
进一步的，所述锁紧单元包括与所述顶杆伸出端的外侧螺纹连接且与防尘罩贴紧的锁紧齿轮、与所述锁紧齿轮啮合的驱动齿轮、与所述驱动齿轮轴接的液压马达以及与所述锁紧齿轮和防尘罩的接头位置对应的限位开关，所述限位开关与所述液压马达与所述控制单元连接。
进一步的，所述液压马达和所述限位开关安装于所述防尘罩上。
进一步的，所述锁紧齿轮的外侧套设有端盖，所述端盖安装于所述防尘罩上。
进一步的，所述控制单元包括PLC控制器、油箱、分别设于所述油箱和液压缸之间以及油箱和液压马达之间的分阀门，所述分阀门、压力传感器和限位开关分别与所述PLC控制器连接。
进一步的，所述分阀门为二位四通电磁阀，所述油箱与所述二位四通电磁阀之间还设有总阀门，所述总阀门为三位四通电磁换向阀，且与所述PLC控制器连接。
进一步的，所述油箱上设有供油管和回油管，所述供油管上设有液压动力泵，所述回油管上设有比例溢流阀，所述比例溢流阀与PLC控制器连接。
本发明还提供一种如上所述的基坑变形精细化控制装置的控制方法，包括以下步骤：
S1：将所述基坑变形精细化控制装置安装于钢管支撑与所需微变形控制的基坑围护墙之间，使其中的顶杆顶在所述基坑围护墙的预埋钢板上；
S2：通过所述控制单元设置设计要求轴力和轴力预警下限值，给所述钢管支撑施加设计要求的轴力；
S3：通过控制单元监视轴力变化，当轴力达到所述轴力预警下限值时，通过控制单元控制所述液压缸加压使所述顶杆顶出，使轴力恢复到设计要求的轴力值，同时通过锁紧单元将所述顶杆与防尘罩进行锁紧；
S4：基坑施工完成后拆除所述基坑变形精细化控制装置。
进一步的，所述步骤S3中，具体的，当所述顶杆顶出时，锁紧齿轮跟随所述顶杆顶出，所述限位开关检测出所述锁紧齿轮与所述防尘罩之间有间隙，并将该检测数据发送至PLC控制器，所述PLC控制器控制液压马达动作以驱动所述驱动齿轮旋转，从而带动所述锁紧齿轮绕所述顶杆旋转使所述锁紧齿轮紧贴所述防尘罩，使顶杆与防尘罩锁紧。
本发明提供的基坑变形精细化控制装置和控制方法，该控制装置设于钢管支撑与基坑围护墙之间，包括液压缸、与所述液压缸的输出端连接的顶杆、套设于所述顶杆上且与所述液压缸固定连接的防尘罩，所述顶杆远离所述液压缸的一端从所述防尘罩中伸出，所述顶杆的伸出端与所述防尘罩之间还设有锁紧单元，所述液压缸和锁紧单元还连接一控制单元。通过将控制装置安装于钢管支撑与基坑围护墙之间，不仅可以对基坑围护墙施加设计要求的轴力，并且对该轴力进行实时监控，当该轴力低于设定的轴力预警下限值时，通过控制单元控制液压缸加压使所述顶杆顶出，使轴力恢复到设计要求的轴力值，同时通过锁紧单元将顶杆与防尘罩进行自动锁紧，稳定可靠，且无需人工操作，有效避免因人的疏忽而给基坑施工带来的安全隐患，大大降低了人力成本和劳动强度，提高了安全性能。
附图说明
图1是本发明基坑变形精细化控制装置的安装示意图；
图2是本发明基坑变形精细化控制装置的结构示意图；
图3是本发明控制单元的工作示意图。
图中所示：100、基坑变形精细化控制装置；10、液压缸；20、顶杆；30、防尘罩；40、锁紧单元；410、锁紧齿轮；420、驱动齿轮；430、液压马达；440、限位开关；50、控制单元；510、PLC控制器；520、油箱；521、供油管；522、回油管；530、分阀门；540、总阀门；550、液压动力泵；560、比例溢流阀；60、压力传感器；70、端盖；
200、钢管支撑；300、基坑围护墙。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作详细描述：
如图1所示，本发明提供了一种基坑变形精细化控制装置100，设于钢管支撑200与基坑围护墙300之间，给所述钢管支撑200施加设计要求的轴力。如图2所示，该控制装置100包括液压缸10、与所述液压缸10的输出端连接的顶杆20、套设于所述顶杆20上且与所述液压缸10固定连接的防尘罩30，所述顶杆20远离所述液压缸10的一端从所述防尘罩30中伸出，所述顶杆20的伸出端与所述防尘罩之间设有锁紧单元40，所述液压缸10和锁紧单元40还连接一控制单元50。具体的，防尘罩30与液压缸10通过螺栓固定连接，顶杆20与液压缸10中的活塞杆远离活塞的一端固定连接，随液压缸10中活塞杆的伸出/缩回在防尘罩30内做直线运动，从而实现对基坑围护墙300的变形控制，即当基坑围护墙300发生微变形时，通过控制单元50控制所述液压缸10加压使所述顶杆20顶出，使轴力恢复到设计要求的轴力值，同时通过锁紧单元40将所述顶杆20与防尘罩30进行锁紧，无需人工操作，稳定可靠。
优选的，所述液压缸10内设有压力传感器60，用于实时监测液压缸10中的压力大小，从而实现对钢管支撑200轴力的监测，所述压力传感器60与所述控制单元50连接，将测得的数据实时上传至控制单元50。
优选的，所述锁紧单元40包括与所述顶杆20伸出端的外侧螺纹连接且与防尘罩30贴紧的锁紧齿轮410、与所述锁紧齿轮410啮合的驱动齿轮420、与所述驱动齿轮420轴接的液压马达430以及与所述锁紧齿轮410和防尘罩30的接头位置对应的限位开关440，所述限位开关440与所述液压马达430与所述控制单元50连接，优选的，所述液压马达430和所述限位开关440安装于所述防尘罩30上。具体的，顶杆20的外侧和锁紧齿轮410的内分别设置相适配的螺纹，螺纹之间相互啮合，且锁紧齿轮410可相对顶杆20旋转，驱动齿轮420与液压马达430的输出轴连接。当顶杆20顶出时，带动锁紧齿轮410一起顶出，此时限位开关440检测出所述锁紧齿轮410与所述防尘罩30之间有间隙，并将检测的数据发送至控制单元50，所述控制单元50控制液压马达430动作以驱动所述驱动齿轮420旋转，从而带动所述锁紧齿轮410绕所述顶杆20旋转使所述锁紧齿轮410紧贴所述防尘罩30，使顶杆20与防尘罩30锁紧。
优选的，所述锁紧齿轮410的外侧套设有端盖70，所述端盖70安装于所述防尘罩30上。
如图3所示，所述控制单元50包括PLC控制器510、油箱520、分别设于所述油箱520和液压缸10之间以及油箱520和液压马达430之间的分阀门530，所述分阀门530、压力传感器60和限位开关440分别与所述PLC控制器510连接。优选的，所述分阀门530为二位四通电磁阀，所述油箱520与所述二位四通电磁阀之间还设有总阀门540，所述总阀门540为三位四通电磁换向阀，且与所述PLC控制器110连接。优选的，所述油箱520上设有供油管521和回油管522，所述供油管521上设有液压动力泵550，所述回油管522上设有比例溢流阀560，所述比例溢流阀560与PLC控制器510连接。具体的，液压缸10和液压马达430上分别设有进、出油路，分阀门530设于所述进、出油路上，总阀门540设于油箱520的供油管521和回油管522上，通过PLC控制器510对两个二位四通电磁阀和一个三位四通电磁换向阀的控制，可以实现液压缸10和液压马达430的进、出油路的通断和通断的先后时间间隔，从而控制锁紧齿轮410的转动。比例溢流阀560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。
本发明还提供一种如上所述的基坑变形精细化控制装置100的控制方法，包括以下步骤：
S1：将所述基坑变形精细化控制装置100安装于钢管支撑200与所需微变形控制的基坑围护墙300之间，使其中的顶杆20顶在所述基坑围护墙300的预埋钢板上。
S2：通过所述控制单元50设置设计要求轴力和轴力预警下限值，给所述钢管支撑200施加设计要求的轴力；具体的，通过液压缸10控制顶杆20伸缩，从而给所述钢管支撑200施加设计要求的轴力，液压缸10内设有压力传感器60，用于实时监测液压缸10中的压力大小，并将监测数据实时上传至控制单元50。
S3：通过控制单元50监视轴力变化，当轴力达到所述轴力预警下限值时，所述液压缸10加压使所述顶杆20顶出，使轴力恢复到设计要求的轴力值，同时通过锁紧单元40将所述顶杆20与防尘罩30进行锁紧；具体的，当所述顶杆20顶出时，锁紧齿轮410跟随所述顶杆20顶出，所述限位开关440检测出所述锁紧齿轮410与所述防尘罩30之间有间隙，所述PLC控制器510控制液压马达430动作以驱动所述驱动齿轮420旋转，从而带动所述锁紧齿轮410绕所述顶杆20旋转使所述锁紧齿轮410紧贴所述防尘罩30，使顶杆20与防尘罩30锁紧。当轴力达到所述轴力预警下限值时，PLC控制器510控制与液压缸10对应的二位四通电磁阀和三位四通电磁换向阀打开，向液压缸10内加油加压，使所述顶杆20顶出，此时锁紧齿轮410跟随顶杆20一起顶出，同时限位开关440检测到锁紧齿轮410与防尘罩30之间有间隙，此时PLC控制器510控制与液压缸10对应的二位四通电磁阀打开，向液压马达430加油加压，使液压马达430的输出端驱动所述驱动齿轮420旋转。油箱520的回油管522上设有带反馈的比例溢流阀560，可根据负载的压力反馈，设定参数，从而保证系统的压力恒定。
S4：基坑施工完成后拆除所述基坑变形精细化控制装置100，具体的，控制液压缸10减压，带动顶杆20缩回与基坑围护墙300分离，即可将控制装置拆除，操作简单。
综上所述，本发明提供的基坑变形精细化控制装置和控制方法，该装置设于钢管支撑200与基坑围护墙300之间，包括液压缸10、与所述液压缸10的输出端连接的顶杆20、套设于所述顶杆20上且与所述液压缸10固定连接的防尘罩30，所述顶杆20远离所述液压缸10的一端从所述防尘罩30中伸出，所述顶杆20的伸出端与所述防尘罩30之间还设有锁紧单元40，所述液压缸10和锁紧单元40还连接一控制单元50。通过将该控制装置安装于钢管支撑200与基坑围护墙300之间，不仅可以对基坑围护墙300施加设计要求的轴力，并且对该轴力进行实时监控，当该轴力低于设定的轴力预警下限值时，通过控制单元50控制液压缸10加压使所述顶杆20顶出，使轴力恢复到设计要求的轴力值，同时通过锁紧单元40将顶杆20与防尘罩30进行自动锁紧，稳定可靠，且无需人工操作，有效避免因人的疏忽而给基坑施工带来的安全隐患，大大降低了人力成本和劳动强度，提高了安全性能。
虽然说明书中对本发明的实施方式进行了说明，但这些实施方式只是作为提示，不应限定本发明的保护范围。在不脱离本发明宗旨的范围内进行各种省略、置换和变更均应包含在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种基坑变形精细化控制装置，设于钢管支撑与基坑围护墙之间，其特征在于，包括液压缸、与所述液压缸的输出端连接的顶杆、套设于所述顶杆上且与所述液压缸固定连接的防尘罩，所述顶杆远离所述液压缸的一端从所述防尘罩中伸出，所述顶杆的伸出端与所述防尘罩之间设有锁紧单元，所述液压缸和锁紧单元还连接一控制单元。
2.根据权利要求2所述的基坑变形精细化控制装置，其特征在于，所述液压缸内设有压力传感器，所述压力传感器与所述控制单元连接。
3.根据权利要求2所述的基坑变形精细化控制装置，其特征在于，所述锁紧单元包括与所述顶杆伸出端的外侧螺纹连接且与防尘罩贴紧的锁紧齿轮、与所述锁紧齿轮啮合的驱动齿轮、与所述驱动齿轮轴接的液压马达以及与所述锁紧齿轮和防尘罩的接头位置对应的限位开关，所述限位开关与所述液压马达与所述控制单元连接。
4.根据权利要求3所述的基坑变形精细化控制装置，其特征在于，所述液压马达和所述限位开关安装于所述防尘罩上。
5.根据权利要求3所述的基坑变形精细化控制装置，其特征在于，所述锁紧齿轮的外侧套设有端盖，所述端盖安装于所述防尘罩上。
6.根据权利要求3所述的基坑变形精细化控制装置，其特征在于，所述控制单元包括PLC控制器、油箱、分别设于所述油箱和液压缸之间以及油箱和液压马达之间的分阀门，所述分阀门、压力传感器和限位开关分别与所述PLC控制器连接。
7.根据权利要求6所述的基坑变形精细化控制装置，其特征在于，所述分阀门为二位四通电磁阀，所述油箱与所述二位四通电磁阀之间还设有总阀门，所述总阀门为三位四通电磁换向阀，且与所述PLC控制器连接。
8.根据权利要求6所述的基坑变形精细化控制装置，其特征在于，所述油箱上设有供油管和回油管，所述供油管上设有液压动力泵，所述回油管上设有比例溢流阀，所述比例溢流阀与PLC控制器连接。
9.一种如权利要求1～8任一项所述的基坑变形精细化控制装置的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将所述基坑变形精细化控制装置安装于钢管支撑与所需微变形控制的基坑围护墙之间，使其中的顶杆顶在所述基坑围护墙的预埋钢板上；
S2：通过所述控制单元设置设计要求轴力和轴力预警下限值，给所述钢管支撑施加设计要求的轴力；
S3：通过控制单元监视轴力变化，当轴力达到所述轴力预警下限值时，通过控制单元控制所述液压缸加压使所述顶杆顶出，使轴力恢复到设计要求的轴力值，同时通过锁紧单元将所述顶杆与防尘罩进行锁紧；
S4：基坑施工完成后拆除所述基坑变形精细化控制装置。
10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于，所述步骤S3中，具体的，当所述顶杆顶出时，锁紧齿轮跟随所述顶杆顶出，所述限位开关检测出所述锁紧齿轮与所述防尘罩之间有间隙，并将该检测数据发送至PLC控制器，所述PLC控制器控制液压马达动作以驱动所述驱动齿轮旋转，从而带动所述锁紧齿轮绕所述顶杆旋转使所述锁紧齿轮贴紧所述防尘罩，使顶杆与防尘罩锁紧。
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