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明挖法的施工及风险防控

时间:2023-08-20 理论教育 版权反馈
【摘要】:采用明挖法的隧道主体结构施工与地面工程相似,故不做详述。

明挖法的施工及风险防控

隧道埋置较浅时,可将一定范围内的上覆岩体及隧道内的岩体逐层分块挖除,并逐次分段施作隧道衬砌结构,然后回填上覆土,这种施工方法称为明挖法。

明挖法的优点是施工程序简单、明确,容易理解、便于掌握,主体结构受力条件较好,在没有地面交通环境等限制时,是首选方法。应当注意的是,当采用悬臂支护明挖法或围护结构加支撑明挖法时,工程的重点和难点就转化为深基坑的围护问题。采用明挖法的隧道主体结构施工与地面工程相似,故不做详述。本部分主要介绍常见的基坑开挖与支护方法。

根据边坡围护方式的不同,明挖法可分为放坡明挖法、悬臂支护明挖法、围护结构加支撑明挖法三种。

1.放坡明挖法

隧道洞口段埋深较浅,可采用放坡法开挖基坑。只要坡率适当,即可保持边坡、仰坡土体的稳定,施工对周围环境影响较小。此法虽然土方开挖量大,但机械化程度高,施工速度快,质量也易得到保证。受地下水影响时,可采用井点降水法提高边坡的稳定性及改善基坑内施工环境。如果没有地表、地下环境的限制,土方开挖量也不太大时,放坡明挖法是隧道洞口施工的首选方案。

2.悬臂支护明挖法

悬臂支护明挖法是将基坑围护结构插入基坑底部以下,然后直接开挖基坑内土体。该结构处于悬臂状态,靠本身刚度和插入开挖面下的深度来平衡外侧土压力。开挖到设计高程后,再进行主体结构施工。采用悬臂支护明挖法时,由于基坑内无支撑,便于基础开挖和主体结构施工的机械化,也易保证工程质量;缺点是围护结构较复杂,增加了造价及施工难度。此法有时也用在有支撑开挖基坑的上部。

围护结构常用木桩、钢桩、挖孔桩、灌注桩钢筋混凝土预制桩或地下连续墙等组成。为加强围护结构的强度与刚度,减少其变形与位移,常采用下列工程措施。

(1)围护结构设计成刚度较大的截面形式。

(2)围护结构顶部设圈梁等,改善其整体受力状况,提高整体刚度。

(3)挖去基坑外一定范围内的表层覆盖土,减少侧压力。

(4)在基坑外进行井点降水,采用压密注浆、旋喷桩、搅拌桩或粉喷桩等方法加固土体,以减少侧压力。

(5)在基坑内用井点降水和加固土体的方法,使坑底土体固结,以增加土体抗力。

(6)在基坑内设置护脚,即预留一定高度和宽度的原状土台,以减少开挖时围护结构的暴露高度。待基坑中间部分土体挖至设计高程,将中间底板灌完后,用跳槽开挖护脚土台,逐块浇灌这部分底板。

以上各种措施也可结合使用。(www.daowen.com)

3.围护结构加支撑明挖法

当基坑深度较大,开挖时除采用地下连续墙等围护结构外,还常采用支撑加强围护结构,以抵抗较大的侧压力。支撑分为水平支撑、斜支撑,也可采用铺杆加固围护结构。支撑的设置应考虑施工工艺的要求,支撑的强度、刚度、间距、层数及层位等应根据力学分析计算确定。施工中,应经常检查支撑状态。必要时,对其应力进行监控。

(1)斜支撑。

当基坑横向宽度较大或形状不规则,不便使用水平支撑时,可采用斜支撑。

斜支撑的施工常采用中心挖槽法,开挖基坑内土体至斜支撑基础底高程,浇筑基础,及时安装斜支撑,使支撑一端支承在围护结构上,另一端支承在已浇筑的基础上,并施加预应力,然后开挖其余土体。设有两道或多道斜支撑时,先安装外侧的长支撑,后安装内侧的支撑,并把所有斜支撑基础连为整体,形成结构底板。最后依次浇筑下层侧墙、中板、上层侧墙、顶板,并按要求的时序拆除支撑,完成结构体系转换。

采用斜支撑时,围护结构上部水平位移比较大,易引起基坑外地面及附近建筑下沉,对沉降要求严格的地段应十分慎重,因此基坑开挖深度也受到一定限制。并且斜支撑基础及结构底板需分批施工,工序交错复杂,施工难度大。

(2)锚杆支护。

锚杆是一种设在基坑外边坡土体内的支护,一般由锚头、拉杆和锚固体三个基本部分组成。锚头锚固在围护结构上。锚固体在岩石中的为岩石锚杆,在土层中的为土层锚杆。开挖基坑时,作用在围护结构上的侧应力可由锚杆与岩(土)层之间产生的作用力来平衡。锚杆是受拉杆件,可采用高强钢索,充分发挥其抗拉性能。锚杆支护的施工方法是开挖至锚杆所需高程,钻孔插入钢索后注浆,注浆7~10天后对锚杆施加预应力。

由于锚杆设置在基坑外,可提供宽敞的施工空间,有利于机械开挖坑内土体及组织结构主体施工。锚杆易于施加预应力,从而更好地控制围护结构的水平位移,减小地面及建筑物的沉降量,并适合用于各种形状的围护结构。锚杆可设成单层或多层,开挖深度不受限制。在大面积的基坑中,应用锚杆的经济效益更为显著。

锚杆支护的缺点是工艺复杂,锚杆不易回收,造价较高。当围护结构四周建筑物有密集的深基础时,不宜采用。锚杆的蠕变会降低其承载力。在流砂地层中,若锚头预留孔口与锚杆套筒之间的空隙过大,易发生涌水、涌砂,引起坑外地面和建筑物沉降。

(3)水平支撑。

常用的水平支撑形式有横撑和角撑,在基坑拐角或断面变化处设角撑,其他地方一般用横撑。除环形围护结构采用环梁支撑外,其余为受轴向压力的直线型支撑。支撑可用木材、钢筋混凝土构件、钢管、型钢及型钢组合构件等制成,这样的支撑拆装方便,占据空间较小,回收率高,还可以做成工具式支撑,故在实际工程中应用较多。

围护结构施工完毕,一般情况下可开挖至第一道支撑所需的高程,及时安装支撑并施加预应力。再采用挖槽法,先开挖支撑设计位置处的土体(保留其两侧土体),挖至第二道支撑高程时,安装第二道支撑,并施加预应力,然后由上向下开挖土体至适当高度,继续用挖槽法安装下道支撑。重复以上方法,最后开挖至基底高程,再依次浇筑底板、下层侧墙、中板、上层侧墙、顶板。按要求的时序拆除支撑,完成结构体系转换。

采用水平支撑的优点是墙体水平位移小,安全可靠,开挖深度不受限制。但其要求围护结构的平面形状比较规则,以矩形为最佳。开挖基坑宽度较大时,支撑应加设中间支柱来保持其稳定性。中间支柱应在开挖前按设计位置做好。

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