浅谈明挖法施工技术及其在地铁车站基坑中的应用

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　　摘要：明挖法指的是先将隧道部位的岩(土)体全部挖除，然后修建洞身、洞门，再进行回填的施工方法。明挖法的关键的工序是：降低地下水位，边坡支护，土方开挖，结构施工，防水工程等[1]。本文对明挖法进行了介绍，并探讨了其在地铁车站基坑中的应用。
　　关键字：明挖法 放坡开挖 地铁基坑
　　
　　
　　1明挖法的施工流程及要求
　　明挖法是先从地表面向下开挖基坑至设计标高，然后在基坑内的预定位置由下而上地修筑衬砌、建造主体结构及其防水措施，最后回填土并恢复路面。
　　1.1明挖法施工流程
　　明挖法施工的基本流程为：打桩(护坡桩)→路面开挖→埋设支承防护与开挖→地下结构物的施工→回填→拔桩恢复地面(或路面)。
　　
　　
　　1.2明挖法施工类型
　　明挖法施工中的基坑可以分为：敞口放坡基坑和有围护结构的基坑两类，在这两类
　　基坑施工中，又采用不同的维护基坑边坡稳定的技术措施和围护结构。
　　
　　
　　
　　在选择基坑类型时，应根据隧道所处位置、隧道埋深、工程地质和水文地质条件，因地制宜地确定。
　　若基坑所处地面空旷，周围无建筑物或建筑物间距很大，地面有足够空地能满足施工需要，又不影响周围环境，则采用敞口放坡基坑施工。因为这种基坑施工法简单、速度快、噪声小、无需做围护结构。如果因场地限制，基坑放坡坡度稍陡于规范规定时，则可采用适当的挡土结构，如土钉加混凝土喷抹面对边坡加以支挡，即使如此，该方法的造价仍然是较低的。
　　如果基坑很深，地质条件差，地下水位高，特别是又处于城市繁华的市区，地面建筑物密集，交通繁忙，无足够空地满足施工需要，没有条件采用敞口放坡基坑，则可采用有围护结构的基坑。
　　1.3明挖法施工技术要求及特特点
　　明挖法具有施工作业面多、速度快、工期短、易保证工程质量、工程造价低等优点，因此，在地面交通和环境条件允许的地方，应尽可能采用。特别是城市地下隧道在工程发展初期都把它作为首选的开挖技术。
　　一般来说，在开挖深度小于7 、施工场地比较开阔的情况下，优先采用明挖法施工。明挖法具有以下显著优点：
　　①工艺简单，施工面宽畅，作业条件好；
　　②可安排较多劳动力同时施工，便于大型、高效率的施工机械使用，以缩短工期；
　　③造价低，施工质量易于保证；
　　然而，明挖法也有以下缺点：
　　①破坏环境生态；
　　②影响交通，带来尘土和噪声污染；
　　③劳动强度高，施工环境恶劣[2]。
　　2 工程实例
　　2.1 工程范围
　　武汉站（武汉站）是武汉市轨道交通四号线的终点站，位于武汉市青山区白马洲村杨春湖附近，该地段远离市区，建成后，旅客将在此换乘。
　　本工程重要性等级为一级，场地等级为二级（中等复杂场地），地基等级为二级（中等复杂地基），场地岩土工程勘察等级为甲级[3]。
　　2.2 场地工程地质条件
　　2.2.1 地形地貌
　　场区位于剥蚀堆积垄岗（相当于长江三级阶地）地貌单元上。沿线鱼塘、藕塘分布密集，地形波状起伏，地面高程19.17~28.2m，相对高差9.03m。目前车站桩号AK30+000一带正在进行场地平整，平整后地形较平坦。
　　2.2.2 地层岩性
　　拟建场地地层岩性为:第四系近代人工填土层（Ｑml）、第四系近代湖积层(Ｑl)、第四系中更新统冲积层（Q２al）。下伏基岩为：志留系中统坟头组（S2f）。
　　2.2.3 地质构造
　　场区内无基岩露头。根据区域地质资料，场地位于汉口――左岭复背斜的北支何董村背斜核部偏北冀，背斜轴向为290°，核部为志留系中统坟头组（S2f）地层，两翼为泥盆系至二叠系地层，岩层总体倾向22°~30°。
　　根据钻孔揭露，区内发育f1、f2和f3三条小断层，其中f1为Jz-Ⅲ06-H92孔揭露，位于四号线桩号AK30+335附近；f2为Jz-Ⅲ06-H106孔揭露，位于四号线出入段桩号落RK0+035附近；f3为Jz-Ⅲ06-H105孔揭露，位于四号线出入段桩号落RK0+100附近。这三条小断层均在钻孔中发现，断层带中主要发育构造角砾岩和碎裂岩，断层走向及真厚度不详。根据钻孔揭露层间挤压破碎带情况及志留系中统坟头组（S2f）泥岩、泥质粉砂岩层位的对比而推测，规模不大。此外，在勘探钻孔中亦发现有层间挤压破碎带，挤压破碎带宽度均不大。
　　钻孔揭露，志留系岩层倾角为45°~75°；裂隙发育，见二组裂隙，一组倾角为40°~60°；另一组为倾角近90°的陡倾角裂隙。
　　2.2.4不良地质现象
　　通过对场址区的地面地质调查，场区地表被第四系土层所覆盖，场区无崩塌、滑坡、泥石流。不良地质作用主要为岩体风化和膨胀土。
　　一、岩体风化
　　场区内岩体风化程度及风化深度受岩性及裂隙发育程度的控制。根据钻探揭露，场区出露的岩石主要为泥质粉砂岩及泥岩，抗风化能力较弱，一般全风化厚度0.0~3.0m，强风化带厚2.3~10.0m，最大达20.7m，中风化带厚7.0~20.3m。
　　二、膨胀土
　　场区膨胀土主要为粉质粘土（10-1），具弱膨胀性，自由膨胀率为30%～64%，失水干裂遇水膨胀，膨胀土中裂隙较发育，裂面光滑。裂隙中富水时可能导致基坑失稳。
　　2.2.5地表水及地下水特征
　　一、地表水
　　场区地表水系主要有杨春湖水系，其它为鱼塘及藕塘，水深0.5~1.7m。主要接受大气降水补给，与长江无水力联系。
　　二、地下水
　　建场地的地下水主要为基岩裂隙水，赋存于志留系泥质粉砂岩夹泥岩风化带中，水量不丰，主要通过两侧裸露基岩接受大气降水入渗补给。由于上覆厚层粘性土覆盖而具承压性。勘探期间，在3个钻孔中采用套管下入强风化岩层内，钻孔终孔后，冲洗钻孔，然后提水至基岩面1m以下，进行水位观测。实测水位埋深0.23~3.9m，承压水头1.6~12.87m。
　　3 明挖法的具体应用
　　该工程采用的是明挖法施工，明挖法是采用敞开口开挖或以工字钢桩、钢板桩、地下连续墙、钻孔桩等护壁施工的明挖隧道或车站，一般为现浇整体式矩形钢筋混凝土框架结构。而本工程采用的是明挖法中的明挖顺作法。根据运营需要可做成单跨、双跨或多跨结构，单层、双层或多层结构[4]。其中武汉站为地下二层两跨箱形结构。
　　明挖法的在武汉站中的关键工序是：边坡开挖支护，土方开挖，防水工程等[6]。
　　3.1排水工程
　　场区地下水不丰富，所以采用明排方式排泄地下水[5]。场地地下水主要为基岩裂隙水，水量不丰富，坑内设置了排水沟和集水井，集中排泄地下水；车站四周坑塘、湖泊众多，地表水极其丰富，施工时也采取了相应的措施进行处理。坡顶设置了排水沟，使地表水不进入基坑内，并且有效地将地表水排向了施工场地之外。
　　3.2边坡开挖支护
　　由于武汉站拟建场地远离市区，施工现场场地开阔[6]，地质条件较为良好，因此基坑开挖采用放坡开挖技术，基坑应自上而下分层、分段依次开挖，随挖随刷边坡，放坡角度为1:1。为确保开挖边坡稳定，防止因降雨引起的边坡失稳，在边坡开挖后及时进行了锚喷支护。
　　3.3土方开挖工程
　　该工程采用的是明挖法施工，大型机械进场方便可行，采用机械开挖土方[7]，基坑开挖到距坑底设计标高300mm时，停止机械开挖，改用人工进行清底并整平，以免超挖或扰动基底原状土层。土方开挖与其他专项施工需协调好。既要保证不能进度过慢而影响其他工程进度，又要防止边坡揭露过早二引起不必要的失稳现象。
　　4 结论
　　文章讨论了明挖法在武汉站主体结构工程中的具体应用，通过综合比较后采取了敞口放坡基坑施工，通过采用明挖法，使得工程成本、施工进度和安全性得到了保障。
　　明挖法施工方便，操作简单，对土层场地适应性强，经济安全可靠，工程施工速度快，应用范围广泛。
　　参考文献
　　[1]毛保华等，城市轨道交通规划与设计，北京：人民交通出版社，2006.3.
　　[2]张庆贺，地下工程，上海：同济大学出版社，2005.
　　[3]中华人民共和国建设部，岩土工程勘察规范，北京：中国建筑工业出版社，2002.2.
　　[4]蔡君时，城市轨道交通，上海：同济大学出版社，2000.
　　[5]V.Rabcewicz and Jolser,1974,Application of the NATM to the Underground works
　　[6] 徐干成等，地下工程支护结构，北京：中国水利水电出版社，2002.1.
　　[7] 张庆贺等，地铁与轻轨，北京：人民交通出版社，2003.
　　
　　作者简介：黄胜文（1979-），男，助理工程师，广西双象岩土工程有限公司技术干部，从事公路路基、桥梁、隧道的勘察设计工作。
　　
　　
　　注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。

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