城市地下空间工程导论第六章

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1、l第六章 城市地下工程施工 l为了将设计者的思想、意图转换为现实，需借助工程施工 技术。 l地下工程施工是在地层中构筑建筑物为目的工程行为，主 要研究解决其修建过程中的技术方案与措施，重点研究地 下工程在各种地质条件下的施工方法、手段、工艺。基本 内容包括地下工程的基本作业、辅助作业、环境控制与施 工管理等。 l地下工程修建过程中，主要涉及两种类型的土建工程： 深基坑工程，主要用于车站，地下停车场和地下仓库； 隧道工程，主要用于地铁区间线路修建。 l基本作业包括了开挖和支护与衬砌方法，地下工程开 挖方法总的来说可以分为两类：明挖法和暗挖法。另 外，为了确保地下工程开挖的安全，必须对其进行支 护

2、。一般分临时支护与永久支护两类。形式上有木支 撑、格栅支架、钢支架、锚杆、喷射混凝土及其组合 。衬砌技术有现浇混凝土和预制混凝土两类。 l明挖法就是在地面上能够看到别人在开挖的施工方法 ，暗挖法就是在地面上看不到下面在开挖的施工方法 。 l地下工程辅助作业是配合基本作业的必须环节。一般 包括风水电的设计、安装与供给；施工场地的规划与 布置；出渣运输计划与设备配置等。 l地下工程环境监控主要研究解决施工过程中的安全问 题及其对周围环境的影响，如：洞室开挖位移过大引 起塌方、支护结构位移太大引起结构失稳与侵限、地 表沉陷过大对环境造成影响、地下水控制等。主要技 术手段是：量测监控，发现异常及时采取

3、加固措施（ 辅助施工手段）并更改施工方法。 l为了达到高质量、高效益的工程建设目的，还需进行 施工管理。通过有效的施工管理来保证工程的施工质 量与工期，应用科学合理、符合地下工程施工特点的 方法与理论，规划组织施工设计，对施工过程中的各 个环节进行科学的技术、计划、质量、经济与安全管 理。主要手段：编制施工劳动组织设计、充分协调现 场施工管理部门与监理机构的关系。 l施工方法 l6.1 明挖法 l明挖法指从地面向下开挖，并在欲建地下工程结构的 位置进行结构的修建，然后在地下工程上部回填土及 恢复路面的施工方法。或者从地面向下开挖，用大号 型钢架于两侧钢桩或连续墙上，以维持原来路面的交 通运行，

4、这种施工方法也称为盖挖法。明挖法是各国 地下铁道施工首选方法，在地面交通环境允许的地方 通常采用明挖法施工。 l明挖法的技术优点是施工技术简单、快速、经济，常被 作为首选方案。 l修建于地层表面附近（浅埋）的地下工程多属于明挖法 修建的地下工程，这些工程包括地下商场、地下街、地 下停车场、城市地铁、人防工程及地下工业建筑等。这 类工程主体结构的建造，实际上采用的是一种“开敞”式 的施工方法，与地面结构的建造方法类似，在主体结构 完成后，然后掩土覆盖，恢复地面。但缺点也很明显， 如阻断交通时间较长，噪声与震动等对环境影响较大。 l明挖法根据施工特点可分为：明挖法顺作法，盖挖顺 作法，盖挖逆作法等

5、，后两种又称为盖挖法。 l6.1.1明挖顺作法 l明挖顺作法施工顺序一般可以分为4大步：围护结构施工内部土 方开挖工程结构施工管线恢复及覆土。其施工方法是首先从 地面向下开挖出基坑，在基坑内进行结构施工，然后回填回复地 面。 明挖法地下结构施工示意图明挖法地下结构施工示意图 挖 建 盖（填 ） 武汉市的地下通道基本采用这种施工方法，如洪山广场地下通 道、首义广场底下通道等。 1.明挖法施工顺序 l6.1.2盖挖法 l盖挖法是一种先做钻孔灌注桩或连续墙作为维护结构 和支撑结构，在该结构保护下再做桩顶纵梁、盖顶板 ，恢复路面。然后，在桩及钢筋混凝土顶板的支护下 进行主体结构施工的方法。根据开挖和结

6、构施工顺序 的不同，盖挖法又可分为盖挖顺作法和盖挖逆作法两 类。盖挖法是一种比较快速、经济、安全的施工方法 。 l(1)盖挖顺作法 l盖挖顺作法是指土方开挖全部结束后由下而上进行结 构施工。在地表作业完成挡土结构后，以定型的预制 标准覆盖结构（包括纵、横梁和路面板）置于挡土结 构上维持交通，往下反复进行开挖和架设横撑，直至 设计标高。依序由下而上，施工主体结构和防水措施 ，回填土并恢复管线路或埋设新的管线路。最后，视 需要拆除挡土结构外露部分并恢复道路。 地下工程盖挖法施工 盖挖顺作法工法过程示意 地下工程盖挖法施工 北京地铁复八线永安里站(盖挖) 钢管柱 l(2)盖挖逆作法 l盖挖逆作法原理

7、：先沿建筑物地下室轴线或周围施工 地下连续墙或其他支护结构，同时建筑物内部的有关 位置浇筑或打下中间支承桩和柱，作为施工期间于底 板封底之前承受上部结构自重和施工荷载的支撑。然 后施工地面一层的梁板楼面结构，作为地下连续墙刚 度很大的支撑，随后逐层向下开挖土方和浇筑各层地 下结构，直至底板封底。同时，由于地面一层的楼面 结构已完成，为上部结构施工创造了条件，所以可以 同时向上逐层进行地上结构的施工。如此地面上、下 同时进行施工，直至工程结束。 1.盖挖逆作法施工顺序 l逆作法工艺特点包括： l（1）可使建筑物上部结构的施工和地下基础结构施工平行立体作业，在建 筑规模大、 上下层次多时，大约可节

8、省工时1/3。 l（2）受力良好合理，围护结构变形量小，因而对邻近建筑的影响亦小。 l（3）施工可少受风雨影响，且土方开挖可较少或基本不占总工期。 l（4）最大限度利用地下空间，扩大地下室建筑面积。 l（5）一层结构平面可作为工作平台，不必另外架设开挖工作平台与内撑， 这样大幅度削减了支撑和工作平台等大型临时设施，减少了施工费用。 l（6）由于开挖和施工的交错进行，逆作结构的自身荷载由立柱直接承担并 传递至地基，减少了大开挖时卸载对持力层的影响，降低了基坑内地基回弹 量。 l（7）逆作法存在的不足，如逆作法支撑位置受地下室层高的限制，无法调 整高度，如遇较大层高的地下室，有时需另设临时水平支撑

9、或加大围护墙的 断面及配筋。 由于挖土是在顶部封闭状态下进行，基坑中还分布有一定数量 的中间支承柱和降水用井点管。 还有照明、通风、排渣等 l6.1.3施工关键工序 l在使用明挖法施工时的关键工序是：降低地下水位，边坡支护，土方开 挖，结构施工及防水工程等。其中边坡支护是确保安全施工的关键技术 。主要有： l（1）放坡开挖技术 l适用于地面开阔和地下地质条件较好的情况。基坑应自上而下分层、分 段依次开挖，随挖随刷边坡，必要时采用水泥粘土护坡。 l（2）型钢支护技术 l一般使用单排工字钢或钢板桩，基坑较深时可采用双排桩，由拉杆或连 梁连结共同受，也可采用多层钢横撑支护或单层、多层锚杆与型钢共同

10、形成支护结构。 l（3）连续墙支护技术 l一般采用钢丝绳和液压抓斗成槽，也可采用多头钻和切削轮式设备成槽 。连续墙不仅能承受较大载荷，同时具有隔水效果，适用于软土和松散 含水地层。 l（4）混凝土灌注桩支护技术 l一般有人工挖孔或机械钻孔两种方式。钻孔中灌注普通混凝土和水下混凝 土成桩。支护可采用双排桩加混凝土连梁，还可用桩加横撑或锚杆形成受 力体系。 l（5）土钉墙支护技术 l在原位土体中用机械钻孔或人工成孔，加入较密间距排列的钢筋或钢管， 外注水泥砂浆或注浆，并喷射混凝土，使土体、钢筋、喷射混凝土板面结 合成土钉支护体系。 l（6）锚杆（索）支护技术 l在孔内放入钢筋或钢索后注浆，达到强度

11、后与桩墙进行拉锚，并加预应力 锚固后共同受力，适用于高边坡及受载大的场所。 l（7）混凝土和钢结构支撑支护方法 l依据设计计算在不同开挖位置上灌注混凝土内支撑体系和安装钢结构内支 撑体系，与灌注桩或连续墙形成一个框架支护体系，承受侧向土压力，内 支撑体系在做结构时要拆除。适用于高层建筑物密集区和软弱淤泥地层。 l6.1.4辅助工作 l施工防排水 l其目的是力求使地表水和地下水不流入基坑中，以保 持坑壁的稳定和创造良好的施工条件。在基坑开挖之 前，必须在其周围开挖排水沟拦截地表水。在含水地 层中施工时，根据水文地质条件，可选用集水坑水泵 抽水、井点降水、钢板桩围堰、压浆堵水或等冻结法 施工防排水

12、方法。 l6.2 暗挖法 l暗挖法是指在特定条件下，不开挖地面，全部在地下 进行开挖和修筑衬砌结构的隧道施工方法。它是城市 地下工程施工的主要方法之一，适用于不宜明挖施工 的含水量较小的各种地层，尤其对城市城区地面建筑 物密集、交通运输繁忙、地下管线密布，且对地沉陷 要求严格的情况下的地下结构工程更为适用。随着地 面交通运输量越来越大，以及人们环境保护意识的提 高，地下工程暗挖法已经逐渐取代明挖法而广泛应用 于城市地下施工。 l暗挖法施工具有下列特点：受工程地质和水文地质 条件的影响较大；工作条件差、工作面少而狭窄、 工作环境差；暗挖法施工对地面影响较小，但埋置 较浅时可能导致地面沉陷；有大量

13、废土、碎石须妥 善处理。 l暗挖法主要包括：钻爆法（矿山法）、盾构法、掘进 机法、浅埋暗挖法、顶管法、沉管法等。尤其以浅埋 暗挖法、盾构法、顶管法和掘进机（TMB）法等应用 较为广泛。 暗挖法地下结构施工示意图暗挖法地下结构施工示意图 一般坚硬岩层中 的隧道均采用该 方法施工，如大 瑶山隧道、秦岭 隧道等。 挖 衬 埋深一般大于10m 浅埋暗挖法地下结构施工示意图浅埋暗挖法地下结构施工示意图 初 衬 二 衬 超前支护 锚杆、管 棚或灌浆 埋深一般小于5m 一般用于城市交通繁忙地带，不允许 中断交通，且地质条件又较差的地段 ，武汉市的地下过街通道大多采用该 法施工。如武汉广场、武汉会展中心 、洪

14、山广场过街通道等 取决于围岩类型 l暗挖法的技术核心就是新奥法的基本原理，施工中采 用多种辅助措施加固围岩，充分调动围岩的自承能力 ，开挖后及时支护、封闭成环，使其与围岩共同作用 形成联合支护体系，是一种抑制围岩过大变形的综合 配套施工技术。 l新奥法充分利用围岩的自承能力和开挖面的空间约束 作用，采用锚杆和喷射混凝土为主要支护手段，对围 岩进行加固，约束围岩的松弛和变形，并通过对围岩 和支护的量测和监控，指导地下工程的设计和施工。 l浅埋暗挖法是针对埋置深度较浅、松散不稳定的上层 和软弱破碎岩层施工而提出来的。 l6.2.1 浅埋暗挖法 l浅埋暗挖法是在近十几年发展起来的一种新方法，该方法

15、现在已经在城市地铁、市政地下管网及地下空间的其他浅 埋地下结构物的工程设计与施工中广泛应用。 l如何有效控制浅埋地下工程施工扰动诱发的地面移动变形 ，成为浅埋地下工程设计与施工研究的重点、难点和热点 问题。基于从控制地面变形、减少对环境的不利影响、降 低施工成本等方面考虑，形成了各种适用于浅埋地下工程 施工地方法。为了达到及时支护，防止地层沉降的目的， 必须完全稳定后，再敷设防水隔离板，施加二次模筑混凝 土衬砌，这是最符合地下工程受力特点的一种结构。 l该开挖方法有全断面法、正台阶法、单侧壁导洞法、 中隔壁法（CD法）、交叉隔壁法（CRD法）、双侧壁 导洞法（眼镜工法）、洞桩法（PBA法）、中

16、洞法及 侧洞法等。该方法具有灵活多变，对地面建筑、道路 和地下管网影响不大，拆迁占地少、不扰民、不污染 城市环境，是目前较先进的施工方法。该方法在铁路 、公路及软弱地层中也开始应用。 l1.全断面开挖法 l全断面开挖法施工操作比较简单，主要工序：使用移 动式钻孔台车，首先全断面一次钻孔，并进行装药连 线，然后将钻孔台车后退到50m以外的安全地点，再 起爆，一次爆破成型，出渣后钻孔台车再推移至开挖 面就位，开始下一个钻爆作业循环。同时，施作初期 支护，铺设防水隔离层（或不铺设），进行二次筑模 衬砌 。 1.全断面法施工工序示意图 隧道施工预支护措施 在软弱围岩中施工最重要的是提高围岩的自支护能力， 保证开挖及后续作业的进行。必须采用施工辅助措施对地层 进行预支护或预加固。 铁路隧道施工中经常采用的辅助措施有：留核心土；喷 射混凝土封闭开挖工作面；超前锚杆、插板、或小钢管；管