基坑工程明挖和暗挖方法彙總

基腹斷巖怎麼挖

明挖

基坑工程是綜合管廊工程實施的第一個環節，基坑圍護設計關係到管廊結構施工期間的安全、進度，同時對工程整體造價也有較大影響。本文根據綜合管廊基坑工程的特點，介紹綜合管廊常用的幾種基坑圍護結構型式。

基坑開挖深度是影響綜合管廊圍護結構設計的一個重要因素。

綜合管廊縱斷面設計時，結構頂板覆土需要考慮道路鋪裝、綠化種植、道路橫向支管穿越、節點夾層佈置等要求，通常覆土在1。5~3m，再加上綜合管廊結構高度、墊層厚度等，標準段的管廊基坑開挖深度約5~8m。區域性需下穿越河流、避開地下障礙物，或者受地形起伏變化時，開挖深度可超過10m，筆者目前參與過的綜合管廊工程最大開挖深度為14m。

此外場地土體力學性質、地下水狀態、周邊環境等也決定基坑圍護結構設計的選型。

放坡開挖

採用放坡開挖方法，管廊結構施工不受內支撐影響，施工操作面大，施工便利。

當場地周邊環境簡單、地下水位較低、開挖深度不大、土質較好時，可以採取放坡開挖方法施工管廊基坑。一般在開挖深度小於10m時採用放開挖坡經濟性較好，深度超過10m放坡開挖土方工程量較大，造價較高。

開挖坡率應根據整體穩定性分析計算求得。開挖深度大於5m時一般採用分級放坡，同時各級坡間設定中間平臺。坡面做好護坡措施防止降水對邊坡穩定性造成影響。

放坡開挖橫斷面

綜合管廊工程動則數公里，地形起伏不定，高差較大。放坡平面設計時，可透過預先定義好的放坡規則，採用CIVIL 3D 或者專業管廊設計軟體，根據地形圖上的散點高程自動生成各級放坡線，減輕設計工作量。

土釘牆圍護

當場地受限時，開挖深度在10m以內時，可採用土釘牆圍護，透過加大開挖坡率，打設土釘來減小放坡平面佔地面積，節約施工用地空間。

由於管廊基坑通常為條形結構，開挖寬度普遍在10m左右，土方開挖時間佔總工期比例較小，採用土釘牆圍護時，分層打設土釘費時費力，對土方開挖工期影響較大。

土釘牆圍護橫斷面

拉森鋼板樁

基坑開挖深度在8m以內，場地平面受限，且地層滿足鋼板樁打設要求時（地層為軟粘土、砂性土層），可採用拉森鋼板樁圍護施工管廊基坑。鋼板樁間互相咬合，可以兼做止水。根據管廊主體結構施工要求，在管廊頂板上方可做一道鋼支撐或錨杆，減小拆換撐工作，加快施工速度。

拉森鋼板樁圍護橫斷面

型鋼樁圍護

型鋼樁圍護與拉森鋼板樁圍護類似，但型鋼樁剛度更大，在土層力學性質差，開挖深度較大時可採用。由於型鋼之間無咬合，採用型鋼樁需另外考慮降水或止水圍幕措施。

型鋼水泥土攪拌牆

型鋼水泥土攪拌牆簡稱SMW工法，施工時在三軸水泥土攪拌樁內插入型鋼。水泥土攪拌樁承擔止水功能，受力則由型鋼承擔。三軸水泥攪拌樁常規直徑有600、850、1000三種規格，相應的型鋼有H500×300、H700×300、H850×300多種規格。

型鋼水泥土攪拌牆在軟土地區適用，可以有效止水，透過選擇不同的攪拌樁直徑及型鋼止水，基坑開挖深度可達12~13m。

型鋼水泥土攪拌樁圍護橫斷面

鑽孔灌注樁

鑽孔灌樁圍護適用各類地層，各種開挖深度。但相對造價較高，施工速度較慢。管廊區域性節點由於開挖深度大（超過10m），平面形狀複雜時，可採用鑽孔灌注樁圍護。場地存在地下水，且無法採用坑外降水措施時，需考慮在鑽孔灌注樁外側施工旋噴樁止水圍幕。

鑽孔灌注樁圍護橫斷面

SMW工法

SMW是Soil Mixing Wall的縮寫， SMW工法1976年在日本問世，是日本一家中型企業——成辛工業株式會社所擁有和開發的一項專利，現該法廣泛應用於沿海地區地下連續牆和深基坑止水帷幕。

優點：

（1）擋水性強；

（2）對周圍地基影響面小；

（3）多用途（能適應各種地層）；

（4）工期短；

（5）造價低。

適用：城市高架橋下等施工，空間受限制的場合，或海底築牆，或軟弱地基加固。

方法：

該工法是以多軸型鑽掘攪拌機在現場向一定深度進行鑽掘，同時在鑽頭處噴出水泥系強化劑而與地基土反覆混合攪拌，在各施工單元之間則採取重疊搭接施工，然後在水泥土混合體未結硬前插入H型鋼或鋼板作為其應力補強材，至水泥結硬，便形成一道具有一定強度和剛度的、連續完整的、無接縫的地下牆體。SMW工法最常用的是三軸型鑽掘攪拌機，其中鑽桿有用於粘性土及用於砂礫土和基岩之分，此外還研製了其他一些機型。

SMW工法施工順序如下：

a。導溝開挖：確定是否有障礙物及做泥水溝。

b。置放導軌。

c。設定施工標誌。

d。SMW鑽拌：鑽掘及攪拌，重複攪拌，提升時攪拌。

e。置放應力補強材（H型鋼）

f。固定應力補強材。

g。施工完成SMW。

SMW工法的主要特點

a。施工不擾動鄰近土體，不會產生鄰近地面下沉、房屋傾斜、道路裂損及地下設施移位等危害。

b。鑽桿具有螺旋推進翼與攪拌翼相間設定的特點，隨著鑽掘和攪拌反覆進行，可使水泥系強化劑與土得到充分攪拌，而且牆體全長無接縫，從而使它可比傳統的連續牆具有更可靠的止水性，其滲透係數K可達10-7cm/s。

c。它可在粘性土、粉土、砂土、砂礫土、Φ100以上卵石及單軸抗壓強度60MPa以下的岩層應用。

d。可成牆厚度550～1300mm，常用厚度600mm；成牆最大深度目前為65m，視地質條件尚可施工至更深。

e。所需工期較其他工法為短，在一般地質條件下，每一臺班可成牆70～80m2。

f。廢土外運量遠比其他工法少。

HUW工法

概況

圖示

引數及應用範圍

圍護方案比較

施工流程和要點

優勢

TRD工法

等厚水泥土連續攪拌牆工法

Trench cutting Re-mixing Deep wall method

是將滿足設計深度的附有切割鏈條以及刀頭的切割箱插入地下，在進行縱向切割橫向推進成槽的同時，向地基內部注入水泥漿已達到與原狀地基的充分混合攪拌在地下形成等厚度連續牆的一種施工工藝。

TRD工法

超深等厚水泥土連續攪拌牆工法

隨著地下空間開發規模向大、深、緊、複雜多變發展，給深基坑工程支護新技術的應用提供了廣闊的舞臺。型鋼水泥土攪拌樁(牆)支護結構要滿足“深、快、強”的需要， 截斷或部分截斷承壓水層與深基坑的水力聯絡 ，控制由於基坑降水而引起的地面過度沉降，確保深基坑和周邊環境的安全，解決深基坑一定承壓水層深度範圍和緊密砂層施工水泥土攪拌樁的難題。TRD工法技術就成為可供選擇的基坑支護施工新技術。

TRD工法

以其施工週期短、工程造價合理、對環境汙染小、適應地層廣、防滲效能好，特別是型鋼可以重複利用，被譽為

可持續發展、迴圈經濟的綠色工法

，用作基坑支護結構、H型鋼芯材回收時，比常用的鑽孔灌注樁形式可降低造價約18%，比鋼筋混凝土地下連續牆形式可降低造價約30%-40%。

TRD工法的特點

1施工深度大

最大設計深度70m

（TRD-EN 上海重遠建設工程有限公司）

2適應地層廣

對硬質地層（硬土、砂卵礫石、軟岩石等）具有良好的挖掘效能。

3成牆質量好

在牆體深度方向上，水泥土攪拌均勻，強度提高，離散性小，截水效能好。

4穩定性高

主機機高僅10米，重心低，穩定性好

5施工精度高

實時隨鑽測量，實現了施工全過程對TRD工法牆體的垂直精度控制，這是目前其他傳統工法無法做到的。

6牆體等厚

連續造壁，無縫連線，可以任意設定芯材間距。

淺層或臨時支護

1、短柱橫隔板支撐

2、臨時擋土牆支撐

3、斜柱支撐

4、錨拉支撐等支護方式

深度不大的三級基坑，當放坡開挖有困難時，可採用以上支撐方式

5、放坡開挖

不設圍護，僅在基坑四周放坡的坑內土體開挖方法，適用於場地開闊，周圍無重要建築物的工程。

6、斜柱支撐

先沿基坑邊緣打設柱樁，在柱樁內側支設擋土板並用斜撐支頂，斜撐底端在木製撐樁上，擋土板內側填土夯實。適於開挖較大型、深度不大的或使用機械挖土的基坑。

7、錨拉支撐

先沿基坑邊緣打設柱樁，在柱樁內側支設擋土板，柱樁上端用拉桿拉緊，擋土板內側填土夯實，適用於深度不大、不能安設橫（斜）撐的大型基坑。

暗挖

新奧法

設計依據：

巖承理論（1950’s）

穩定的圍巖自身具有承載自穩能力；不穩定的圍巖喪失穩定是一個時間過程；

若在期間提供必要的支承與限制，則圍巖仍可以重新回到穩定狀態。

注重過程與控制，強調充分利用巖體的自承載能力。

技術要素：

噴錨（網）支護【柔性支護與永久襯砌構成複合式襯砌】與監控量測

設計理論—施工方法—支承結構狀態更符合實際情況。

鑽爆法

設計依據：

鬆弛荷載理論 （1920’s）

穩定的圍巖具有自穩能力；

不穩定的圍巖則會坍塌，需支護結構來支承；

{支承荷載}〓{一定範圍內因鬆弛且可能塌落的巖體重量}

注重結果與處理方法

技術要素：

剛性支護（鋼木構件支撐），一般需撤換為整體式厚襯砌（永久支護）。

按最不利圍巖組合荷載設計臨時支護與永久襯砌不太符合實際工作狀態。

全斷面掘進機法

裝備：

全斷面掘進機（TBM）

原理：

電動機驅動主軸旋轉→對刀盤施壓貼緊巖壁→利用刀盤上的盤形滾刀破碎岩石→巷道全斷面一次成型

優點：

月進尺為鑽爆法的1。5～2。0倍，超挖量小於5％，襯砌費用大幅節約，施工安全性與岩層適應性好

適用物件：

硬巖長大隧道（尤其適用於岩石破碎、高山缺氧、嚴寒等惡劣氣候條件地區的隧道開挖 ）

盾構法

裝備：

盾構機 【主體為可移動的高強度鋼套殼（盾殼）】

盾構機是在軟土、軟巖和破碎含水地層中修建隧道的專用裝置。盾殼在構築永久襯砌之前支承地層，不需臨時支護。

盾構機是根據隧道與地基情況量身設計、製造或改造的。

施工斷面：

多為圓形，也有矩形、馬蹄形、半圓形和異型。

適用物件：

城市地鐵、水下隧道、水工隧道等。

沉管法

施工方法：

預製鋼筋砼管段→浮運至預挖水底基槽的隧址→管段定位後注水壓載下沉至設計位置→與相鄰管段水下連線→基礎處理→回填覆土→隧道內部鋪裝。

適用物件：

水底隧道。對地基要求低，特別適應於軟基、河床或海床等水深較淺、易於疏浚裝置開挖基槽的工程地點。

常用斷面形式：

圓形和矩形

蓋挖法

工法：

先用連續牆、鑽孔樁等作為圍護結構和中間樁，然後施工鋼筋混凝土蓋板，在蓋板、圍護牆、中間樁的保護下進行土方開挖與結構施工。

逆做法：

土方開挖與結構施工順序均由上而下進行。

順做法：

土方開挖全部結束後由下而上做結構施工。

淺埋暗挖法

修建淺埋地段隧道時，有時受制於周邊環境必須採用暗挖法施工 稱為淺埋暗挖法。基於NATM理論，開挖中採用各種輔助施工措施加固圍巖。開挖後即時支護、封閉成環，使其與圍巖共同作用形成聯合支護體系，有效地抑制圍巖過大變形

施工精髓：

“管超前、嚴注漿、短開挖、強支護、快封閉、勤量測”十八字方針。

頂管法

施工方法

採用液壓油缸將預製管段頂入由切削刀盤或掘進機形成的鑽孔中構成襯砌的非開挖施工方法。

適用物件

穿越公路、鐵路、建築物、河流以及在鬧市區、古蹟保護區、農田與環境保護區等不允許或不能開挖條件下的地下工程施工。

凍結法

凍結是一種土層人工凍結技術，靠液氮等在凍結管內直接氣化吸熱帶走地層中的熱量，從而實現土層的快速凍結。

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