地铁施工技术之明挖法分析

地铁施工技术之明挖法分析

作者：徐文君

来源：《建筑建材装饰》2014年第05期

摘要：在城市化进程中，地铁是做了比较大的贡献，这是拉近城市与城市之间的距离，更是区与区之间的纽带。本文主要分析了地铁施工技术中的明挖法，分析了明挖法的优缺点，结构类型，围护结构与主体结构的组合方式以及开挖的技术。 关键词：地铁施工；明挖法；结构类型 前言

地铁，又称城市地下铁路系统，也简称为地下铁。狭义上专指在地下运行为主的城市轨道交通系统。但广义上，由于许多此类的系统为了配合修筑的环境，可能也会有地面化的路段存在，因此通常涵盖了都会地区各种地下与地面上的高密度交通运输系统，小时客流量3万至6万人次的叫地铁。地铁的施工是比较复杂的，本文主要对地铁施工的其中的明挖法进行分析探讨。

1明挖法的介绍

明挖法是指挖开地面，由上向下开挖土石方至设计标高后，自基底由下向上顺作施工，完成隧道主体结构，最后回填基坑或恢复地面的施工方法。

明挖法是各国地下铁道施工的首选方法，在地面交通和环境允许的地方通常采用明挖法施工。浅埋地铁车站和区间隧道经常采用明挖法，明挖法施工属于深基坑工程技术。 2明挖法的优缺点

明挖法具有施工简单、快捷、经济、安全的优点，城市地下隧道式工程发展初期都把它作为首选的开挖技术。深基坑工程的主要技术难点在于对基坑周围原状土的保护，防止地表沉降，减少对既有建筑物的影响。明挖法的优点是施工技术简单、快速、经济，常被用为首选方案。

其缺点是对周围环境的影响较大，是较为明显的。如阻断交通时间较长，噪声与震动等对环境的影响。通常在地面条件允许的情况下，地铁区间隧道宜采用明挖法，但对社会环境影响很大，仅适合在无人、无交通、管线较少之地应用，该方法现较少采用。 3结构选型 3.1围护结构选型

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工程实践表明， 明挖地铁车站的经济性主要由围护结构控制，因此，选择合适的围护结构相当重要。目前，国内地铁车站建设常用的围护结构形式较多，其优缺点，见表1。 明挖法车站围护结构应紧密结合工程地质和水文地质条件及对周边环境保护的要求确定。所选定的围护结构，首先应具有施工的可行性、应能满足根据施工区环境所确定的基坑保护等级对水平位移和地表沉降的要求，并考虑所在地区的基坑施工经验和设备配置，在满足上述要求的前提下，经技术、经济比较后确定最终的围护结构形式；当基坑保护等级要求较高时，宜采用刚度大、止水性好的围护结构。总结起来，明挖法地铁车站围护结构方案可按以下原则选用。

（1）当基坑深度10m以下时（出入口、风道结构）：在场地条件允许时，优先考虑最经济的放坡开挖。如场地条件受限，可选择采用重力式挡墙、土钉墙、SMW工法桩等围护结构形式。

（2）当基坑深度10— 15m时（单层站）：该类基坑可选用SMW工法桩、钻孔灌注桩、人工挖孔桩、钻孔咬合桩、地下连续墙等围护结构形式。

（3）当基坑深度15—18m时（双层站）：该类基坑可选用人工挖孔桩、钻孔灌注桩、钻孔咬合桩、地下连续墙等围护结构形式。 4围护结构与主体结构的组合方式 4.1临时墙结构

围护结构仅作为施工期间的临时支护，不考虑其在使用期间的作用。当围护结构采用柱列式，且与主体结构密贴式布置时，主体结构仅在各层板处对围护结构起水平支撑作用。临时墙结构一般选用重力式挡墙、土钉墙、SMW工法桩、柱列桩等围护结构形式，防水方案应采用全包防水方式（附加全外包防水层）。 4.2单一墙结构

围护结构直接用作主体结构的外墙，采取构造措施使围护结构与主体结构的各层板（水平构件）可靠连接。该结构体系的优点是结构构造简单，内部不需另做受力结构的外墙，内外层钢筋得到充分利用，在一定条件下可节省混凝土及钢筋，但其节点构造比较复杂，要在围护结构上预留接驳钢筋，防水尤其是节点处的防渗需做专门处理。此种结构形式仅在一线城市等城市地铁工程中少量采用，由于其耐久性很难进行定性的分析，故新地铁规范对此种结构形式的运用有严格的。采用单一墙结构时，围护结构应采用地下连续墙，防水方案采用半包防水方式（仅顶板增设附加防水层）。 4.3叠合墙结构

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在单一墙结构基础上， 围护结构内侧另加一层钢筋混凝土内墙， 并保证围护与主体顶、中、底板节点处的刚接。围护结构与内衬墙全面凿毛或设置足够的连接筋，使之成为一个整体结构。该结构体系墙体刚度大，防渗性能较单一墙结构好， 但对新老混凝土间的结合质量要求较高；此外新老混凝土之间因干燥收缩不同而产生的应变差会使结构产生较大的应力，易导致内墙混凝土开裂。采用叠合墙结构，围护结构应采用地下连续墙，防水方案采用半包防水方式。

4.4复合墙结构

复合墙结构是目前国内明挖法地铁车站应用最为广泛的结构体系， 复合墙结构在围护结构内侧另做主体结构， 两者之间设有隔离层（防水层）， 两者之间能传递压力而不能传递拉力、剪力和弯矩。该体系主体结构的防水性能较其它结构形式好， 结构受力也较为明晰。复合墙结构一般选用柱列桩或地下连续墙等围护形式， 防水方案应采用全包防水方式（附加全外包防水层）。

5明挖法地铁车站全过程设计分析方法

明挖法地铁车站结构设计分为三部分：围护结构设计、主体结构设计及内部构件设计，目前工程界采用的基本设计分析方法如下。

围护结构设计利用“同济启明星”、“理正”等基坑支护专用分析程序， 采用增量法，原则上根据基坑开挖、架设或拆除支撑、浇筑内部结构的顺序和荷载变化，分步进行计算，分析围护结构的内力和变形，确定围护结构的设计参数；主体结构浇筑前和主体结构浇筑以后，支挡结构均按竖向弹性地基梁模型计算，一般把主体结构的水平构件模拟为仅有拉压刚度的弹簧，不考虑内衬墙的作用。

主体结构设计采用荷载-结构模型，采用SAP2000、M IDAS- GEN等有限元分析程序，将围护结构设计结果作为输入条件，考虑围护与主体结构的共同作用。按弹性地基上的框架模型，根据实际作用在结构上的荷载计算，分析主体结构的受力和变形，此模型不考虑结构的内力和变形对施工阶段的继承；车站标准段采用二维平面模型即可满足设计精度要求，对空间作用明显部位（如盾构端头井、换乘节点等部位） 应采用三维空间模型进行模拟。内部构件（如站台板、楼梯等）设计采用民用建筑计算程序进行分析。 6明挖法的施工技术

为确保安全施工的关键技术。主要有：

6.1放坡开挖技术。适用于地面开阔和地下地质条件较好的情况。基坑应自上而下分层、段依次开挖，随挖随刷边坡，必要时采用水泥粘土护坡。

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6.2型钢支护技术。一般使用单排工字钢或钢板桩，基坑较深时可采用双排桩，由拉杆或连梁连结共同受力，也可采用多层钢横撑支护或单层、多层锚杆与型钢共同形成支护结构。 6.3连续墙支护技术。一般采用钢丝绳和液压抓斗成槽，也可采用多头钻和切削轮式设备成槽。连续墙不仅能承受较大载荷，同时具有隔水效果，适用于软土和松散含水地层。