[科普中國]-明挖法

簡述

明挖法即先從地表向下開挖基坑或塹壕，直至設(shè)計標(biāo)高后，自基底由下向上順序施工，完成地下工程主體結(jié)構(gòu)后進(jìn)行土方回填，最終完成地下工程施工。明挖法施工具有歷史悠久、應(yīng)用廣泛的特點(diǎn)。據(jù)統(tǒng)計采用明挖法建造的地下工程約占軟土工程總數(shù)的三分之二以上。

明挖法的優(yōu)點(diǎn)是施工技術(shù)簡單、快速、經(jīng)濟(jì)及主體結(jié)構(gòu)受力條件較好等，在沒有地面交通和環(huán)境等條件限制時，應(yīng)是首選方法。但其缺點(diǎn)也是明顯的，如阻斷交通時間較長，噪聲與震動等。

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步與施工技術(shù)水平的不斷提高，明挖法施工在技術(shù)上已有較大發(fā)展，主要表現(xiàn)為：

(1)支護(hù)類型的發(fā)展。場地開闊時，基坑開挖一般采用放坡開挖；當(dāng)開挖深度大于7 m，場地受到限制或擬減少土方開挖量時，需設(shè)置支護(hù)結(jié)構(gòu)保護(hù)基坑?？晒┻x擇的支護(hù)類型有鋼板樁、木板樁、鋼筋混凝土預(yù)制板樁、柱列式鉆孔灌注樁、挖孔樁、水泥土攪拌樁、土錨、土釘和地下連續(xù)墻等支護(hù)結(jié)構(gòu)類型。

(2)支撐類型的發(fā)展。開挖深度小于4.0 m時，通?？刹患訖M撐，僅用懸臂式圍護(hù)結(jié)構(gòu)保護(hù)基坑；基坑深度大于4.0 m，需加設(shè)一道或數(shù)道橫撐。支撐結(jié)構(gòu)分內(nèi)支撐和外拉錨兩類。內(nèi)支撐有型鋼撐、鋼管撐、鋼筋混凝土撐、圍檁、立柱撐等；外拉錨有拉錨、土錨兩種結(jié)構(gòu)形式。

(3)地下水控制技術(shù)的發(fā)展。在地下水位較高的地區(qū)進(jìn)行明挖法施工時，排水方法有明排法、盲溝法和現(xiàn)已廣泛應(yīng)用的人工井點(diǎn)降水法。

(4)蓋挖法技術(shù)。為了克服明挖法對地面影響大的局限性，宜采用蓋挖法。益挖法是由地面向下開挖至一定深度后，將頂部封閉，其余的下部工程在封閉的頂蓋下進(jìn)行施工，主體結(jié)構(gòu)可以順作，也可逆作。2

概念所謂明挖法，是構(gòu)要求的尺寸和高程，然后在基坑中進(jìn)行主體結(jié)構(gòu)施工以及防水作業(yè)，最后恢復(fù)地面的一種工法。明挖法施工簡單、方便，地層表面附近(淺埋)的地下工程多采用明挖法進(jìn)行修建，如房屋基礎(chǔ)、地下商場、地下街、地下停車場、地鐵車站、人防工程及地下工業(yè)建筑等。

明挖法通常分為無支護(hù)放坡開挖和基坑支護(hù)開挖兩種形式。放坡開挖的優(yōu)點(diǎn)是不必設(shè)置支護(hù)結(jié)構(gòu)，而且主體結(jié)構(gòu)施工時場地較大，便于施工布置；缺點(diǎn)是開挖工程量相對較大，而且占用場地大，適合在曠野采用明挖法修建的地下工程。在場地條件受限的情況下，如城市地下工程施工，常采用基坑支護(hù)開挖方法。通常，為保證基坑側(cè)壁穩(wěn)定及鄰近建筑物的安全，需采取基坑側(cè)壁的支護(hù)加固措施，即設(shè)置基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)，包括支護(hù)樁墻、支撐系統(tǒng)、圍檁、防滲帷幕、土釘及錨桿等?；又ёo(hù)結(jié)構(gòu)安全與否，不僅直接關(guān)系到所建工程的成敗，而且關(guān)系到鄰近已建工程的安危。

施工時，采用無支護(hù)放坡開挖還是基坑支護(hù)開挖，應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)條件、開挖工程規(guī)模、地面環(huán)境條件、交通狀況等因素綜合確定。3

適用條件明挖法的應(yīng)用與許多因素相關(guān)，如建筑周邊的環(huán)境條件，工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件，結(jié)構(gòu)物的埋深及技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等。因此，選用明挖法修建各種地下工程時，應(yīng)全面、綜合考慮各種因素。

(1)淺埋地下工程施工。常見的淺埋地下工程主要有地鐵車站、地鐵行車通道、城市地下人行通道、地下綜合管網(wǎng)工程等。這些淺埋工程的覆土厚度(埋人土中的深度)多為5～10 m，一般都采用明挖法施工。在某些情況下，有的埋深達(dá)10多m甚至20多m的地下工程，也可采用明挖法施工。但是，明挖法施工明顯受結(jié)構(gòu)埋深的制約。當(dāng)埋深較大時，由于施工技術(shù)難度大，同時往往因開挖和回填工程量很大，工程費(fèi)用有可能比暗挖法高，此時從技術(shù)經(jīng)濟(jì)角度考慮，選用明挖法就不適宜了。

(2)平面尺寸較大的地下工程。某些地下工程埋深不大，但平面尺寸很大，如一些城市的地下廣場、大規(guī)模地鐵車站、地下商場等，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)也多采用一般的梁板結(jié)構(gòu)，這類工程適宜采用明挖法施工。對于這類大平面尺寸的地下工程，明挖法施工時通常采用分部開挖法或溝槽開挖法。先在周邊開挖至設(shè)計標(biāo)高，建造好外圍結(jié)構(gòu)，然后開挖中間部分，再進(jìn)行內(nèi)部結(jié)構(gòu)施工及頂板施工和覆土回填。

(3)基坑工程?；庸こ淌窃S多工程建設(shè)的輔助工程，并且基坑工程也只能采用明挖法施工。

(4)其他工程。與高層建筑深基坑工程類似，有些工程在施工中也需要深基坑作為施工輔助工程，如橋梁工程中的錨錠基坑工程，需要將錨錠板埋置于很深的地層中，這就需要開挖深基坑。此外，盾構(gòu)法和頂管法施工的施工井也采用自地面垂直向下開挖的明挖法進(jìn)行修建。3

分類按照對邊坡維護(hù)方式的不同，明挖法可分為放坡明挖法、懸臂支護(hù)明挖法和圍護(hù)結(jié)構(gòu)加支撐明挖法。應(yīng)當(dāng)注意的是，當(dāng)采用懸臂支護(hù)明挖法或圍護(hù)結(jié)構(gòu)加支撐明挖法時，工程的重點(diǎn)和難點(diǎn)就轉(zhuǎn)化為深基坑的維護(hù)問題。

1．放坡明挖法

放坡明挖法是根據(jù)隧道側(cè)向土體邊坡的穩(wěn)定能力，由上向下分層放坡開挖隧道所在位置及其上方土體至設(shè)計隧道基底高程后，再由下向上順?biāo)淼酪r砌結(jié)構(gòu)和防水層，最后施作結(jié)構(gòu)外填土并恢復(fù)地表狀態(tài)的施工方法。

放坡明挖法主要適用于埋置特淺、邊坡土體穩(wěn)定性較好，且地表沒有過多的限制條件的隧道工程中。放坡明挖法雖然開挖方量較大且易受地表和地下水的影響，但可以使用大型土方機(jī)械。施工速度快，質(zhì)量也易得到保證，作業(yè)場所環(huán)境條件好，施工安全度高。邊坡局部穩(wěn)定性較差時，可采用噴射混凝土進(jìn)行坡面防護(hù)或采用錨桿加固邊坡土體。

2．懸臂支護(hù)明挖法

懸臂支護(hù)明挖法是將基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)插入基底高程以下一定深度，然后在圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保護(hù)下開挖基坑內(nèi)的土體至設(shè)計隧道基底高程后，再由下向上順作隧道主體結(jié)構(gòu)和防水層，最后施作結(jié)構(gòu)并回填土以恢復(fù)地表狀態(tài)的施工方法。

懸臂支護(hù)明挖法常用的圍護(hù)結(jié)構(gòu)有打入木樁、鋼樁、鋼筋混凝土預(yù)制樁、就地挖孔或鉆孔灌注鋼筋混凝土樁、鉆孔灌注鋼筋混凝土連續(xù)墻等，以上各種措施也可聯(lián)合采用。懸臂支護(hù)明挖法主要適用于埋置較淺、邊坡土體穩(wěn)定性較差，且地表有一定的限制性要求隧道工程中。

3．圍護(hù)結(jié)構(gòu)加支撐明挖法

圍護(hù)結(jié)構(gòu)加支撐明挖法是當(dāng)基坑深度較大、圍護(hù)結(jié)構(gòu)的懸臂較長時，在不增加圍護(hù)結(jié)構(gòu)的剛度和插入深度的條件下，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的懸臂范圍內(nèi)架設(shè)水平支撐以加強(qiáng)維護(hù)結(jié)構(gòu)，共同抵抗較大的外側(cè)土壓力；在主體結(jié)構(gòu)由下向上順作的過程中，按要求的時序逐層分段拆除水平支撐，完成結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換，最后施作結(jié)構(gòu)外回填土并恢復(fù)地表狀態(tài)的施工方法。

圍護(hù)結(jié)構(gòu)加支撐明挖法主要適用于埋置不太淺、邊坡土體穩(wěn)定性較差、外側(cè)土壓力較大且地表有一定限制性要求的隧道工程中。

水平支撐的強(qiáng)度、剛度、間距、層數(shù)及層位等技術(shù)參數(shù)，應(yīng)根據(jù)對水平支撐與圍護(hù)結(jié)構(gòu)的共同工作狀態(tài)、結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)化過程工藝的要求進(jìn)行力學(xué)分析計算確定。施工中必須經(jīng)常檢查支撐狀態(tài)，必要時應(yīng)對其應(yīng)力進(jìn)行監(jiān)控和量測。采用水平支撐的優(yōu)點(diǎn)是：墻體水平位移小，可靠安全，開挖深度不受限制。

水平支撐常用的形式有橫撐、角撐和環(huán)梁支撐。平面矩形圍護(hù)結(jié)構(gòu)的基坑拐角或斷面變化處用角撐，短邊方向一般用橫撐，平面環(huán)形同護(hù)結(jié)構(gòu)也采用環(huán)形支撐。開挖基坑寬度較大，水平支撐剛度不足時，還可考慮加設(shè)中間支柱來保持其穩(wěn)定性。水平支撐結(jié)構(gòu)以鋼管、型鋼及型鋼組合構(gòu)件為好，因其拆裝方便，占空間較小，回收率較高，故在實際工程中應(yīng)用較多。4