第七节、明挖法

地下空间工程施工本节主要内容

明挖法施工一1、概述2、敞口放坡基坑3、有围护结构基坑分类第二节明挖法施工一概述边坡面不加支护的基坑无围护结构的基坑喷混凝土面和锚杆护坡基坑有围护结构的基坑钢板桩围护基坑钢筋混凝土钻孔灌注桩围护工字钢桩围护基坑人工挖孔桩围护基坑地下连续墙围护基坑土钉墙围护基坑深层搅拌桩围护基坑明挖法基坑类型

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。一概述明挖顺作法施工步骤(a)基坑围护(b)开挖及第一道撑(c)开挖(d)结构施工(e)埋设物放置(g)恢复路面(f)回填演示第二节明挖法施工二敞口放坡开挖

适用于基坑深度较浅、施工场地空旷、周围建筑物和地下管线及其它市政设施距离基坑较远的情况。最经济、可最大限

度创造工作面，条件

允许最优选方法。分全放坡与半放坡。保证基坑边坡稳定

是关键。第二节明挖法施工

无地下水时直立开槽的允许高度土层类别坡高允许值（m）密实、中密的砂土和碎石类石（充填物为砂土）1.00硬塑、可塑的粘质粉土及粉质粘土1.25硬塑、可塑的粘性土和碎石类石（充填物为粘性土）1.50坚硬的粘性土2.00二敞口放坡开挖1、基坑边坡失稳的破坏形式

破坏形式与土层性质、地面荷载及边坡形状有关。★圆弧滑动面：黏性土层中★平面滑动面：无黏性土层中第二节明挖法施工二敞口放坡开挖2、基坑边坡失稳的影响因素★受荷因临近打桩、堆载等使侧向水平压力增加，破坏了原来的平衡状态。

★土体抗剪强度降低因水的作用使土体软化或蠕变而造成土体的抗剪强度降低。对于饱和砂性土，临近的振动使砂土液化，从而降低土体的抗剪强度。

★静水压力的作用降雨或人为因素导致地下水位升高，增加了侧向静水压力。第二节明挖法施工二敞口放坡开挖3、基坑边坡失稳的主要原因★没有按设计坡度进行边坡开挖；★基坑边坡坡顶堆放材料、土方以及运输机械车辆等增加了附加荷载；★基坑降排水措施不力；★基坑开挖后暴露时间过长，经风化使土体变松散；★基坑开挖过程中，未及时刷坡，甚至挖了反坡，使土体失去稳定。第二节明挖法施工二敞口放坡开挖4、保持基坑边坡稳定的措施★根据土层的物理力学性质确定边坡坡度，并于不同土层处

做成折线形或留置台阶；★做好降排水和防洪工作，保持基底和边坡的干燥；★严格控制基坑边坡坡顶1~2m范围堆放材料、土方和其它重

物以及较大的机械等荷载；★基坑开挖过程中，随挖随刷边坡，不得挖反坡；★基坑放坡坡度受到限制应采用措施护面；★暴露时间在1年以上的基坑，一般需采用护坡措施。第二节明挖法施工二敞口放坡开挖5、基坑边坡坡度的确定方法有计算法、图解法和查表法(1)计算法①位于无黏性土层的基坑边坡坡度计算TNWθT′第二节明挖法施工定义边坡稳定性安全系数K为K＝1.1~1.5

二敞口放坡开挖第二节明挖法施工②位于黏性土层的基坑边坡黏性土层边坡由于剪切破坏产生滑移，其滑动面大多呈现圆簸形，在工程应用上常假定为圆弧形，并按平面问题进行分析。常用的

分析方法为瑞典法，

又称瑞典条分法。二敞口放坡开挖第二节明挖法施工条分法(2)图解法

根据计算资料整理得到的基坑边坡图解曲线求得。边坡的临界高度由下式确定：

(3)查表法根据地基基础设计规范并结合北京地下铁道一、二期工程施工经验给出。二敞口放坡开挖第二节明挖法施工二敞口放坡开挖第二节明挖法施工

应根据基坑深度、工程地质和水文地质条件、地面环境等，特别要考虑到城市施工这一特点，综合比较后确定。三具有围护结构的基坑围护结构预制方式现浇方式桩板式墙钢板桩墙砼板桩钢板桩钢管板桩桩列式灌注桩壁式SMW(水泥灌注桩内插型钢)地下连续墙稳定液固化墙搅拌桩墙钢筋砼地下墙预应力钢筋砼地下墙第二节明挖法施工三具有围护结构的基坑第二节明挖法施工三具有围护结构的基坑第二节明挖法施工一

概述（一）地铁施工中排水与降水的必要性（1）基坑和隧道稳定性的需要:

明挖法深基坑和地铁开挖中经常遇到地下水位高于基坑和隧道底面的情况，地下水的涌入及流砂会影响施工进度和质量，甚至无法施工，有时降水也会影响周围建筑物的安全。（2）人工降低地下水位的方法可以采用明沟排水和井点降水（垂直、水平井点）。

一地铁施工中排水与降水的必要性（二）降水可能带来的问题和解决措施

当降排水工程距离已有建筑物很近，将引起邻近建筑物的沉降，危及安全。可采取的措施：用同样的井点施工工艺，在已有建筑物附近布设井点，进行回灌，保持建筑物下部原有地下水位，降低或防止建筑物沉降，——井点降水回灌技术。要充分发挥井点降水的作用，并降低其对环境影响，要摸清降水地区的水文地质条件，熟悉各种降水技术的原理方法，并结合工程特点，采用合理的降水方案与施工工艺，进行严格的科学管理，才能达到理想的降水效果。二基坑明排（一）基坑明排的概念

基坑明排即明沟排水法，或称集水明排法。

优点：应用于一般工程中，其设备费和保养费均较井点降水为低。

缺点：这种方法由于集水井通常设置在基坑内部以吸取流向基坑的各种水流(如边坡和坑底渗出的水，雨水等)，最后将导致细粒土边坡面被冲刷而塌方。

处理措施：仔细施工以及采用支撑系统，所抽水量能及时排除基坑内的表面水，明沟排水也一种经济的方法。

适用范围：明沟排水能适合于各种土层，但用于密砂、粗砂、级配砂和硬的裂隙岩石比用于黏土时好。但若在松散砂和软岩石时，会遇到边坡稳定问题。二基坑明排（二）明沟排水法施工

明沟排水法可根据排水沟和集水井的设置不同分为普通明沟法、分层明沟排水法、深沟排水法、板桩支撑集水井排水法及综合降水法等。基坑场地的排水：在基坑四周挖掘截水沟和构筑防水堤，以防止降水时地表水流入基坑。

尽量利用原有的沟渠排泄，施工用水和废水要用临时排水管泄水。基坑附近的贮水构筑物（灰池和防洪疏水等）不得漏水。各种场地排水设施与基坑之间要有一定的安全距离。施工动画二基坑明排（二）明沟排水法施工技术参数

(1)地表四周排水沟和集水井设置：在基坑边缘外净距0.4m处、地下水走向的上游设置。集水井每隔30~40m一个（水量大小、基坑平面形状及水泵能力）。

(2)排水沟尺寸：深为0.3~0.4m，底宽度大于0.3m，坡度为0.1%~0.5%。边缘离开边坡坡脚不小于0.3m。

(3)集水井的容积：保证水泵停转10~15min时集水不至溢出，井距构筑物边线的距离必须大于井的深度。为防止井壁塌落，可用挡土板或砖干砌加固。深度随着挖土的加深而加深，低于挖土面0.7~1.0m。当基坑挖到设计标高后，井底应低于坑底1~2m，并铺设30cm碎石作反滤层，避免抽水时将泥砂抽出，并防止坑底的土被搅动。二基坑明排（二）明沟排水法施工技术参数(4)基坑深且地下水位较高，或多层土中上部有渗水性较强的土层时，可在基坑边坡上设置多层明沟，分层排除上部土中的地下水，避免地下水流出冲刷边坡造成塌方。

(5)沟、井截面根据排水量确定。排水的水泵常用离心泵和潜水泵，水泵的总排水量一般为基坑总涌水量的1.5~2.0倍。

当涌水量小于20m3/h时，可用隔膜式泵、潜水泵；涌水量为20~60m3/h时，可用隔膜式泵、离心泵、潜水泵；涌水量大于60m3/h时，用离心泵。三井点降水（一）井点降水的类型和适用范围

井点降水是地下工程开挖施工的重要辅助措施。

井点降水的作用：可以防范流砂、管涌、坑底失稳、坑壁坍塌而引起的工程事故，并在保持干燥的施工环境，提高土体强度与基坑边坡稳定性方面都有着显著的效果。

井点降水方法：轻型井点、喷射井点、管井井点、电渗井点和深井井点等方法，其中以轻型井点、管井井点较为普遍。三井点降水（一）井点降水的类型和适用范围

施工中要根据土层的渗透系数、降低水位的深度、现场的施工条件等选用不同方法。三井点降水（二）井点降水方法(1)轻型井点施工动画沿基坑的四周或一侧将直径较细的井点管沉入深于坑底的含水层内，井点管上部与总管连接，通过总管利用抽水设备将地下水从井点管内不断抽出，使原有的地下水位降低到坑底以下。对土层中含有大量细砂和粉砂层特别有效。轻型井点系统由井点管、连接管、集水总管及抽水设备等组成。三井点降水（二）井点降水方法(1)轻型井点

优点：井点间的间距（水文地质条件：如渗透系数、含水层厚度和含水层底板埋深等和降水深度及降水面积确定）小能有效的拦截地下水流入基坑内，尽可能的减少残留滞水层厚度，对保持边坡和桩间的稳定比较有利，因此降水效果较好。

缺点：占用场地大、设备多、投资大，特别是对于狭窄的施工场地，其占地和施工费用会使建设和施工单位难以接受，在较长的降水过程中，对供电、抽水设备的要求高，维护管理复杂,费用多等。三井点降水（二）井点降水方法(1)轻型井点

平面布置：可布置成环形、U形或线形等。由基坑的平面形状、大小、要求降水深度，地下水流向和地基岩性等因素决定，一般沿基坑周围1.0~1.5m布置，井点系统可设置多级。

地铁施工中的布置：区间隧道，沿线路两侧布置井点；车站部分，常采用U形或环形封闭式井点布置。当降水深度在6m以内时，采用单级井点降水；当降水深度较大时，可采用下卧降水设备或多级井点降水。降水深度不大于8m时，采用下卧降水较好，（先挖土1~2m后再布置井点）；降水深度大于8m时，采用多级井点降水，每级井点的降水深度可按照4.5~5.0m设计。三井点降水（二）井点降水方法(2)喷射井点

系统组成：喷射井点由高压水泵、供水总管、井点管、喷射器、排水总管及循环水箱组成。

三井点降水（二）井点降水方法(2)喷射井点降水原理：用高压水泵将水经供水管压入井点内外之间环形空间，并经过喷射器两边的侧孔流向喷嘴。喷射水流加快(一般流速达30m/s以上)，高速水流喷射之后，在喷嘴射出水柱的周围形成负压，将地下水和土中空气吸入并带至混合室。这时地下水流速加快，而工作水流速逐渐变缓，而二者流速在混合室末端基本上混合均匀。混合均匀的水流射向扩散管，扩散管截面是逐渐扩大的。当喷嘴不断喷射水流时，就推动水沿管内不断上升，混合水流由井点进入回水总管至循环水箱。部分作为循环水用，多余部分(地下水)溢流排至现场之外，如此循环，以达到深层降水的目的。三井点降水（二）井点降水方法(2)喷射井点优点：降水深度大。缺点：需要双层井点管，喷射器设在井孔底部，有两根总管与各井点管相连，地面管网敷设复杂，工作效率低，成本高，管理困难。

井点的平面布置：与轻型井点基本相同，纵向上因其抽水深度较大，只需要单级井点降水即可，井点间距一般为3~5m，井点深度视降水深度而定，一般应低于基坑底板3~5m。三井点降水（三）井点降水方法(3)电渗井点

电渗井点降水是利用轻型井点或喷射井点的井点作为阴极，另埋设金属棒(钢筋或钢管)作为阳极，在电动势的作用下构成电渗井点抽水系统。

原理：当接通电流在电势的作用下，使带正电荷的孔隙水向阴极方向流动，使带负电荷的黏土颗粒向阳极方向移动，通过电渗和真空抽吸的双重作用，强制粘土中的水向井点管汇集，并由井点管吸取排出，使地下水位逐渐下降，达到疏干含水层的目的。

三井点降水（三）井点降水方法(4)管井井点

管井降水即利用钻孔成井，多采用单井单泵(潜水泵或深井井点)抽取地下水的降水方法。当管井深度大于15m时，也称为深井井点降水。

特点：管井井点直径较大（20-80cm），出水量大，适用于中、强透水含水层。如砂砾、砂卵石、基岩裂隙等含水层，可满足大降深、大面积降水要求。三井点降水（三）井点降水方法(5)深井井点

深井井点是将深井泵放入管井内，依靠水泵的扬程把地下水送至地面，从而达到降低地下水位的目的。适用于水量大、降水深的场合。另外当土粒较粗、渗透系数很大，而透水层厚度也大时，一般用井点系统或喷射井点不能奏效时采用深井点较为适宜。

优点：降水的深度大、范围也大，因此可布置在基坑施工范围以外，使其排水时的降落曲线达到基坑之下，深井点可单用，亦可和井点系统合用。四降水对邻近建筑物的影响与预防措施（一）基坑开挖与降水对邻近建筑物的危害四降水对邻近建筑物的影响与预防措施（二）防止降水对邻近建筑物影响的措施四地下连续墙施工1、施工方法简述第二节明挖法施工四地下连续墙施工1.成槽2.放入接头管3.放入钢筋笼4.浇筑混凝土5.拔管成墙动画演示开挖沟槽放入接头管下放钢筋笼水下浇注砼拔出接头管形成一个单元墙段泥浆护壁钢筋笼制作修筑导墙第二节明挖法施工四地下连续墙施工第二节明挖法施工四地下连续墙施工第二节明挖法施工四地下连续墙施工第二节明挖法施工四地下连续墙施工第二节明挖法施工四地下连续墙施工第二节明挖法施工四地下连续墙施工第二节明挖法施工四地下连续墙施工第二节明挖法施工

优点：(a)墙体刚度大、整体性好；(b)适用各种地质条件；(c)可减少工程施工时对环境的影响；(d)可进行逆筑法施工，有利于加快施工速度，降低工程造价。缺点：(a)对泥浆废液的处理，不但会增加工程费用，而且如果泥水分

离技术不完善或处理不当，会造成新的环境污染；(b)槽壁坍塌问题。(c)地下连续墙如果仅用作施工时的临时挡土结构，则造价可能

较高，不够经济。四地下连续墙施工第二节明挖法施工2．地下连续墙分类四地下连续墙施工土质墙砼墙钢筋砼墙按填筑材料分类现浇预制组合排桩式壁板式桩壁组合式按成墙方式分类临时挡土墙防渗墙主体结构一部分按用途分类重点介绍：现浇壁板式钢筋砼地下连续墙第二节明挖法施工四地下连续墙施工

支护基坑的连续墙，按其受力特性，又可分为四种型式：临时墙：

地下连续墙主体结构临时墙支点中间支点3．地下连续墙的结构与构造第二节明挖法施工单层墙地下连续墙单层墙结合面主体结构四地下连续墙施工第二节明挖法施工叠合墙叠合墙主体结构地下连续墙结合面四地下连续墙施工第二节明挖法施工复合墙四地下连续墙施工复合墙主体结构地下连续墙防水层第二节明挖法施工(1)现浇钢筋混凝土壁板式连续墙壁式连续墙厚度视地质条件、基坑深度、挖槽设备而定，有40cm、60cm、80cm、120cm等多种。墙体配筋按强度和抗裂性计算而定。钢筋间距不小于80mm。保护层：临时墙大于60mm；永久墙大于100mm。

(2)预制钢筋混凝土连续墙预应力钢筋混凝土。受吊装能力限制。四地下连续墙施工第二节明挖法施工四地下连续墙施工4．地下连续墙稳定性分析地下连续墙稳定性分析泥浆槽壁

稳定性分析基坑

稳定性分析保证成槽及灌注砼过程中不坍塌保证基坑施工过程中不坍塌第二节明挖法施工四地下连续墙施工基本原理挡地下水静液压力电渗力

泥浆在壁面上形成不透水的膜，将泥浆与周围土隔开，防止泥浆流失，亦能挡住地下水流入到槽内

泥浆对槽壁产生静液压力，通过不透水膜对壁面起支护作用，以平衡外侧的水、土压力

泥浆与土之间会产生电位差，促进膨润土颗粒向壁面移动，电渗力也能对槽壁起支承作用(1)泥浆槽壁稳定性分析第二节明挖法施工泥浆槽壁稳定性的影响因素： 地层性质 槽内泥浆液位高度 泥浆比重 地下水位 槽边荷载 一次成槽长度 槽的深度方法：二维楔形分析法

考虑拱效应的三维分析法四地下连续墙施工第二节明挖法施工5．成槽设备

目前使用的成槽机，按成槽机理可分为抓斗式、回转式和冲击式三种。四地下连续墙施工第二节明挖法施工四地下连续墙施工第二节明挖法施工四地下连续墙施工第二节明挖法施工四地下连续墙施工三一重工SH350D连续墙抓斗第二节明挖法施工四地下连续墙施工1-多头钻；2-机架；3-吸泥泵；4-振动筛；5-水力旋流器；6-泥浆搅拌机；7-螺旋输送机；8-泥浆池；9-泥浆沉淀池；10-补浆用输浆管；11-接头管；12-接头管顶升架；13-混凝土灌注机；14-混凝土吊斗；15-混凝土导管上的料斗；16-膨润土；17-轨道第二节明挖法施工四地下连续墙施工第二节明挖法施工四地下连续墙施工第二节明挖法施工四地下连续墙施工

反循环冲击钻机

CZ型钢绳冲击式工程钻机第二节明挖法施工四地下连续墙施工6．地下连续墙的施工方法开挖沟槽放入接头管下放钢筋笼水下浇注砼拔出接头管形成一个单元墙段泥浆护壁钢筋笼制作修筑导墙主要工艺导墙施工泥浆护壁成槽钢筋混凝土施工接头处理第二节明挖法施工四地下连续墙施工(1)导墙施工①导墙的作用

a．控制地下连续墙施工精度；

b．成槽时起挡土作用；

c．重物支承台；

d．维持稳定泥浆液面的作用。②导墙的形式

a．现浇钢筋混凝土结构；

b．钢制装配式结构；

c．预制钢筋混凝土结构。第二节明挖法施工四地下连续墙施工150～2001000～1500

适用于表层土质良好(如密实的粘性土等)和导墙上荷载较小的情况。150～2001000～1500300第二节明挖法施工四地下连续墙施工适用于表层土为杂填土、软粘土等承载能力较弱的土层。1000～1