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摘要：随着我国国民经济的飞速发展，城市建设的日新月异，高层、超高层建筑的
拔地而起，地铁、地下隧道、地下商场等各类地下工程的大量涌现，地下室层数
与基坑开挖深度都在不断增加，这与软土工程地质条件之间的矛盾同益突出；同
时客观条件决定了越来越多的深基坑工程必须在原有密集建筑物的包围之下进行施工，因此保证深基坑在施工阶段的安全、稳定性将对整个工程的安全、经济施工以及对周围建筑的安全起到极为关键的作用。所以建立一套基坑支护预警控制系统，一方面能实现可控支撑系统的自动调节功能；另一方面，能实现实时、在线监测，以解决基坑工程的不确定性、高度非线性、随时空变化等特点。
关键词：系统控制；预警
一．监控项目确定
影响基坑支护系统的关键要素中，能够被控制的参数有支撑预应力和基坑开挖的时空效应。本基坑支护预警控制系统以支撑系统的支撑轴力和基坑开挖的时空效应为监控对象，其中基坑开挖的时空效应集中反映在基坑围护结构的位移S及变形速率矿上。
由于支撑桩支架并不是固定不动的，其位置会随被其支撑的基坑围护结构的变形而产生移动。因此，推力缸内的位移传感器测出的是推力缸的相对位移。为监控围护结构的垂直度指标，需在围护结构中安装测斜仪，以便能得到支撑桩两端围护结构的绝对位移值，供基坑支护监测控制系统使用。
二.系统概述
控制系统以支撑压力和围护结构的变形为监控对象，以基坑工程有限元计算得到的支撑应力和围护结构的变形值为监控目标，若监控对象偏离目标时，通过可控式液压支撑系统的调节功能实现系统自动控制。监控对象中，支撑压力为直接控制量，围护结构变形为间接控制量。通过调节直接控制量来间接调节另一控制量。当系统环境或参数突变导致间接控制量无法正常调节而达到或超出警戒值时，预警数据库给出预警信号，提示施工人员提早做好预防、抢救措施，避免事故的发生。根据基坑支护系统控制需要，分析以往实践经验，收集工程实例进行总结、归纳，在Visual Basic编成环境中开发基坑支护预警数据库。这一数据库将有助于基坑支护施工方面做出智能化决策。
本基坑支护预警控制系统采用两道“预警防护墙”：
1)神经网络预警：系统采样得到的基坑围护结构的变形值经过神经网络预测后，输入预警数据库中，判断支撑系统短期内的支撑状态及控制方式，以便支护系统在到达警戒值前就进行报警，为基坑支护系统建立了第一道“预警防护墙”。
2)实时预警：由系统采集到的围护结构变形值、支撑系统J玉力值，通过与各警戒值(见后)比较后，判断相应电磁阀的工作阀位，并通过预警数据库得到每个支撑系统的预警状态，为基坑支护系统提供第二道“预警防护墙”。预警控制系统首先判断支撑压力和围护结构的变形是否达到计算值，并且在安全范围内实行液压支撑系统的自动调节功能，若出现警戒状态，则状态值输入两道“预警防护墙"得到每个支撑系统的预警状态，发出控制和预警信号。
三.预警控制系统参数确定
基坑可控式液压支撑系统在实施支撑时，必须对其施加一定的预应力以实现有效支撑。支撑预应力的大小与基坑丌挖参数、工程环境参数等有密切的联系。
在基坑支护预警控制系统中，确定各监测项目的监控警戒值是一项十分重要的。每一项监测项目都应该根据基坑工程的实际情况、周边环境和基坑支护系统的设计计算，事先确定相应的监控警戒值，用以判断支护结构的受力情况、位移是否超过允许的范围，进而判断基坑的安全状态，做出相应的、合理的调整控制，阻止工程状态继续恶化，避免事故的发生。
监控预警值由以下原则确定：
1)满足设计计算的要求，不能大于设计值；
2)满足现行的有关规范、规程的要求；
四．预警数据库
基坑支护预警数据库存储基坑支护系统的状态和报警信息。由两部分组成：神经网络预测预警和实时预警。实时预警又分为“支撑轴力正常时的位移预警”、“空洞报警”以及“支撑轴力过大异常报警”三部分。
对于两道“预警防护墙”——神经网络预测预警和实时预警，前者优先级高于后者，具体意义包括：
1.若神经网络预测出现“异常”结果，说明未来短时间内围护结构的位移将要超出警戒值，提示液压支撑系统不能再进一步增大支撑系统的压力(禁止电磁阀1YA打开)；
2.若一根支撑桩的神经网络预警和实时预警同时出现“异常”结果(这种情况一般不会出现，因为在实时预警出现“异常”之前，神经网络应给出了“异常”预警，经基坑支护系统控制调整后，基坑支护状态会转好而避开警戒状态。)，应根据预警信息马上进行施工调整处理；
3.预警数据库结构
基坑支护预警数据库由五个表组成：神经网络位移预测报警表、实时变形速率报警表、空洞报警表、支撑压力正常时位移报警表、支撑压力过大报警表。前者属于神经网络预警系统，后四者都属于实时预警系统。
4.神经网络位移预测报警表
系统采集得到的位移和压力数据保存后经神经网络预测得到预测位移和压力(预测压力值可以省略，因为基坑支护控制系统中的支撑压力为直接可控制参数)，预测位移与位移警戒值比较出现以下两种情况：
1)正常状态：预测位移小于位移警戒值；
2)异常状态：预测位移大于或等于位移警戒值。系统发出预测报警信号。
5．实时变形速率表
基坑支护系统的变形速率用一天内围护结构的变形总量来衡量，是反映基坑工程时空效应大小的一个重要参数。每天的变形速率与变形速率警戒值对比后，
出现如下预警状态：
1)正常状态：变形速率小于变形速率警戒值；
2)变形速率超出相应预警值时的异常状态。按照超出变形预警值的大小分为“0％～2％”、“2％～4％”、“4％～5％”、“≥5％”四个等级，分别标识为“1”、“2”、“3”、“4"级。
如前所述，此报警为第一道报警系统出现故障时的后备报警系统，增进预警功能。表格设置与神经网络位移预测报警表相同，程序编写时，合并为一个表格。
6．空洞报警表系统访问该报警表有以下条件：
1)采样压力小于设定压力值；
2)采样位移值或变形速率大于相应的警戒值。
基坑围护结构根据采样位移相对于警戒值的变化幅度分为“2％''--4％”、“4％～6％"、“6％''-10％"、“≥10％”四个报警级别，级别标识符按变形从d,N大顺序排列为“1”、“2”、“3’’、“4”级。
由于岩土介质的复杂性以及基坑开挖施工过程的不确定性使得基坑支护系统的安全控制预警遇到了不少的困难。本章通过建立基坑支护预警控制系统实现了基坑开挖过程中支撑系统的自动调节和报警功能，主要作了以下工作：
1)分析已往基坑事故原因，总结出基坑支护系统控制变形的主要因素及预警状态；
2)确定了基坑支护系统的监控方案及监控项目的警戒值，并实现了基坑支护系统的自动调节功能；
3)通过建立基坑预警数据库，实现了基坑状态的预警功能2100021984022001136。
拔地而起，地铁、地下隧道、地下商场等各类地下工程的大量涌现，地下室层数
与基坑开挖深度都在不断增加，这与软土工程地质条件之间的矛盾同益突出；同
时客观条件决定了越来越多的深基坑工程必须在原有密集建筑物的包围之下进行施工，因此保证深基坑在施工阶段的安全、稳定性将对整个工程的安全、经济施工以及对周围建筑的安全起到极为关键的作用。所以建立一套基坑支护预警控制系统，一方面能实现可控支撑系统的自动调节功能；另一方面，能实现实时、在线监测，以解决基坑工程的不确定性、高度非线性、随时空变化等特点。
关键词：系统控制；预警
一．监控项目确定
影响基坑支护系统的关键要素中，能够被控制的参数有支撑预应力和基坑开挖的时空效应。本基坑支护预警控制系统以支撑系统的支撑轴力和基坑开挖的时空效应为监控对象，其中基坑开挖的时空效应集中反映在基坑围护结构的位移S及变形速率矿上。
由于支撑桩支架并不是固定不动的，其位置会随被其支撑的基坑围护结构的变形而产生移动。因此，推力缸内的位移传感器测出的是推力缸的相对位移。为监控围护结构的垂直度指标，需在围护结构中安装测斜仪，以便能得到支撑桩两端围护结构的绝对位移值，供基坑支护监测控制系统使用。
二.系统概述
控制系统以支撑压力和围护结构的变形为监控对象，以基坑工程有限元计算得到的支撑应力和围护结构的变形值为监控目标，若监控对象偏离目标时，通过可控式液压支撑系统的调节功能实现系统自动控制。监控对象中，支撑压力为直接控制量，围护结构变形为间接控制量。通过调节直接控制量来间接调节另一控制量。当系统环境或参数突变导致间接控制量无法正常调节而达到或超出警戒值时，预警数据库给出预警信号，提示施工人员提早做好预防、抢救措施，避免事故的发生。根据基坑支护系统控制需要，分析以往实践经验，收集工程实例进行总结、归纳，在Visual Basic编成环境中开发基坑支护预警数据库。这一数据库将有助于基坑支护施工方面做出智能化决策。
本基坑支护预警控制系统采用两道“预警防护墙”：
1)神经网络预警：系统采样得到的基坑围护结构的变形值经过神经网络预测后，输入预警数据库中，判断支撑系统短期内的支撑状态及控制方式，以便支护系统在到达警戒值前就进行报警，为基坑支护系统建立了第一道“预警防护墙”。
2)实时预警：由系统采集到的围护结构变形值、支撑系统J玉力值，通过与各警戒值(见后)比较后，判断相应电磁阀的工作阀位，并通过预警数据库得到每个支撑系统的预警状态，为基坑支护系统提供第二道“预警防护墙”。预警控制系统首先判断支撑压力和围护结构的变形是否达到计算值，并且在安全范围内实行液压支撑系统的自动调节功能，若出现警戒状态，则状态值输入两道“预警防护墙"得到每个支撑系统的预警状态，发出控制和预警信号。
三.预警控制系统参数确定
基坑可控式液压支撑系统在实施支撑时，必须对其施加一定的预应力以实现有效支撑。支撑预应力的大小与基坑丌挖参数、工程环境参数等有密切的联系。
在基坑支护预警控制系统中，确定各监测项目的监控警戒值是一项十分重要的。每一项监测项目都应该根据基坑工程的实际情况、周边环境和基坑支护系统的设计计算，事先确定相应的监控警戒值，用以判断支护结构的受力情况、位移是否超过允许的范围，进而判断基坑的安全状态，做出相应的、合理的调整控制，阻止工程状态继续恶化，避免事故的发生。
监控预警值由以下原则确定：
1)满足设计计算的要求，不能大于设计值；
2)满足现行的有关规范、规程的要求；
四．预警数据库
基坑支护预警数据库存储基坑支护系统的状态和报警信息。由两部分组成：神经网络预测预警和实时预警。实时预警又分为“支撑轴力正常时的位移预警”、“空洞报警”以及“支撑轴力过大异常报警”三部分。
对于两道“预警防护墙”——神经网络预测预警和实时预警，前者优先级高于后者，具体意义包括：
1.若神经网络预测出现“异常”结果，说明未来短时间内围护结构的位移将要超出警戒值，提示液压支撑系统不能再进一步增大支撑系统的压力(禁止电磁阀1YA打开)；
2.若一根支撑桩的神经网络预警和实时预警同时出现“异常”结果(这种情况一般不会出现，因为在实时预警出现“异常”之前，神经网络应给出了“异常”预警，经基坑支护系统控制调整后，基坑支护状态会转好而避开警戒状态。)，应根据预警信息马上进行施工调整处理；
3.预警数据库结构
基坑支护预警数据库由五个表组成：神经网络位移预测报警表、实时变形速率报警表、空洞报警表、支撑压力正常时位移报警表、支撑压力过大报警表。前者属于神经网络预警系统，后四者都属于实时预警系统。
4.神经网络位移预测报警表
系统采集得到的位移和压力数据保存后经神经网络预测得到预测位移和压力(预测压力值可以省略，因为基坑支护控制系统中的支撑压力为直接可控制参数)，预测位移与位移警戒值比较出现以下两种情况：
1)正常状态：预测位移小于位移警戒值；
2)异常状态：预测位移大于或等于位移警戒值。系统发出预测报警信号。
5．实时变形速率表
基坑支护系统的变形速率用一天内围护结构的变形总量来衡量，是反映基坑工程时空效应大小的一个重要参数。每天的变形速率与变形速率警戒值对比后，
出现如下预警状态：
1)正常状态：变形速率小于变形速率警戒值；
2)变形速率超出相应预警值时的异常状态。按照超出变形预警值的大小分为“0％～2％”、“2％～4％”、“4％～5％”、“≥5％”四个等级，分别标识为“1”、“2”、“3”、“4"级。
如前所述，此报警为第一道报警系统出现故障时的后备报警系统，增进预警功能。表格设置与神经网络位移预测报警表相同，程序编写时，合并为一个表格。
6．空洞报警表系统访问该报警表有以下条件：
1)采样压力小于设定压力值；
2)采样位移值或变形速率大于相应的警戒值。
基坑围护结构根据采样位移相对于警戒值的变化幅度分为“2％''--4％”、“4％～6％"、“6％''-10％"、“≥10％”四个报警级别，级别标识符按变形从d,N大顺序排列为“1”、“2”、“3’’、“4”级。
由于岩土介质的复杂性以及基坑开挖施工过程的不确定性使得基坑支护系统的安全控制预警遇到了不少的困难。本章通过建立基坑支护预警控制系统实现了基坑开挖过程中支撑系统的自动调节和报警功能，主要作了以下工作：
1)分析已往基坑事故原因，总结出基坑支护系统控制变形的主要因素及预警状态；
2)确定了基坑支护系统的监控方案及监控项目的警戒值，并实现了基坑支护系统的自动调节功能；
3)通过建立基坑预警数据库，实现了基坑状态的预警功能2100021984022001136。