明挖法基坑开挖技术

3-2-13 明挖法基坑开挖技术

1 前言

1.1 明挖法基坑开挖概述

明挖法基坑开挖分为基坑放坡开挖及在基坑周边施作围护结构后垂直开挖两大类。

放坡开挖的基坑视地质情况确定合理的边坡坡率，一般还需要对边坡采取如钢筋网、锚杆（管）、喷射混凝土、加劲肋等加固措施来保证基坑的安全、稳定。该法施工简单，造价低。

设置围护结构的基坑开挖是预先在基坑周边设置竖向的围护结构，在围护结构的保护下进行基坑开挖，开挖时，视基坑深度一般需要设置数道支撑以达到控制围护结构的变形和稳定的目的。目前，根据地质情况，一般采用的围护结构有钻（挖）孔排桩、连续墙、SMW桩、咬合桩等。

1.2 适用围

在施工场地较宽阔，周边结构物对施工少的条件下，适于采用基坑放坡开挖。城市施工场地狭小，周边结构物对施工大，则要采用设置围护结构后进行基坑开挖。

2 明挖法基坑开挖施工工艺

放坡开挖的基坑采用在端头设运输坡道，视基坑尺寸和边坡支护情况分层、分段、分块开挖和支护，施工简单，在此不做赘述。

城市地铁基坑开挖为了控制变形一般都设有围护结构，土方开挖及支撑是基坑的主要施工工序，对工程工期、质量、安全具有重大影响。土方开挖根据工程结构基坑规模、几何尺寸、围护及支撑体系的布置、地基加固和施工条件等要求，严格按照“时空效应”规律，采用分段、分层、分块、对称、平衡、限时支撑的原则进行施工，并确定各工序的时限，保证基坑和周边建筑物安全。

⑴ 分段、分层

分段：对于地铁基坑，每一开挖小段的分段长度大约为6.0m。 分层：土方开挖分层厚度与支撑竖向间距一致。 ⑵ 对称、平衡、限时

对称、平衡：基坑土方每小段开挖由中心向两侧对称开挖，两侧的开挖高度一致，起到两侧基坑开挖平衡，保证围护结构均匀受力和方便及时架设支撑。

限时：基坑每开挖层段开挖时间一般不超过10小时，随即在6小时以安装支撑（斜撑段总时间控制在20小时），并及时施加支撑预应力。

2.1 工艺流程

2.1.1 基坑开挖竖向顺序

开挖遵循“分段分层、由上而下、先支撑后开挖”的原则，每段从上到下分层开挖，开挖步序如下：

⑴ 开挖至第一道钢支撑下一定位置，一般采用50cm，架设第一道支撑； ⑵ 依次开挖至第二层，架设第二道支撑，如此反复； ⑶ 开挖至基坑底，人工检底30cm，及时处理基底。

Word 资料

2.1.2 基坑开挖纵向顺序

纵向开挖顺序与基坑完成时间要求、基坑开挖现场条件有关，一般分为：从两端向中间两个工作面对向开挖，或从中间向两端两个工作面反向开挖，或从一端向另一端一个工作面独头开挖。

2.2 前期准备

基坑开挖前须完成下列准备工作。

⑴ 按设计技术标准、地质资料以及周围建筑物和地下管线资料等，做好基坑施工组织设计和施工操作规程，制定出开挖步序，并严格遵照执行。

⑵ 对基坑周边30m围的建筑物进行调查，并对基坑、周围建筑物、地面及地下管线等编制详细的监控和保护方案，预先做好监测点的布设、初始数据的测试和检测仪器的调试工作。

⑶ 对开挖中可能遇到的渗水、边坡稳定、涌泥流砂等现象，提出应急措施预案并提前进行相关的物资储备。

⑷ 按设计要求备足支撑，并为出土、运输和弃土创造条件，确保连续开挖。

⑸ 配备足够的开挖及运输机械设备，做好机械的检测、维修保养等工作，确保机械正常作业。 ⑹ 地基加固达到强度要求，在基坑开挖前15～30天左右提前预降水，并准备好地面排水及基坑抽排水系统。

⑺ 采用爆破作业时，事先编制爆破施工组织方案，报城市主管部门及门批准。

2.3 土方开挖

2.3.1 中间段土方开挖

⑴ 开挖方法

挖土时采用盆式开挖，每段开挖时先挖中间土，最后挖两侧土，每挖出一根支撑位置，及时安装支撑，待支撑安装好后，再开挖下一段土体。

第一层开挖：根据场地情况，合理布置开挖及运输设备，按照施工顺序进行开挖，每挖完一小段立即安装该段支撑，直至第一层土挖完。

第二、三层土开挖：在基坑外布置挖掘机挖土装车，并安排挖掘机下入基坑配合翻挖土，挖深不低于该层支撑的底面。待支撑安装结束后，再施工下一段落。

第四以下层土开挖：当挖掘机在基坑顶部不能进行挖装作业时，采用基坑挖掘机翻挖土方，在基坑顶部布置吊车带抓斗或可伸缩式挖掘机进行装土。

中间段土方开挖工况如图2-1。

挖掘机置于坡顶工作状况 Word 资料 图2-1 中间段开挖工况图 采用抓斗工作状况

⑵ 土方开挖要点

做好坑排水，按照规定步序开挖，避免超挖，按规定随挖随撑，减少基坑暴露时间。 坑顶堆载符合规定及计算要求，适当隔离振动荷载。

在设计坑底标高以上20～30cm的土方采用人工开挖；开挖时，集中劳动力和配套设备，开挖一片，铺设一片垫层，及时封闭坑底。对局部超挖处按规定填实。 2.3.2 端头井开挖

⑴ 采用岛式开挖法施工时，端头井土方开挖按先角边再中间的原则进行。先挖标准段②区，支撑完毕后以小挖掘机沿墙边挖至端头井角，将土方转移到⑥区装土，开挖完②区后作斜撑和角撑，支撑完毕后再开挖③区，支撑第二、三根支撑。

如此类推，直至完成⑥区开挖支撑后进行下一层施工。

⑵ 采用盆式开挖法施工时，即先撑好标准段的2根对撑，然后依次对称分层开挖斜支撑区域的土体，并按照分层及时施工斜撑。

端头土方开挖施工顺序见图2-2。 图2-2 端头开挖顺序图 端头井岛式土方开挖支撑顺序端头井盆式土方开挖支撑顺序图 端头井土方开挖顺序图③⑤①④⑥⑤③②①②④2.4 石方开挖

中风化、微风化石方开挖采用浅眼松动微差控制爆破。

爆破前，必须进行爆破方案设计。根据基坑周边环境对爆破震动的要求，结合类似工程实际经验，采取“多打孔、少装药、短进尺、弱震动”的浅眼松动微差控制爆破的方法。在靠近坑壁部位进行预留控制，同时沿基坑轮廓线布设减震孔，以取得良好的爆破效果，减少爆破对和围护结构的伤害。

由于爆破过程中部分炸药能量转化为地震波，同时产生一定飞石、冲击波、爆破毒气和噪音，影响建筑物、工业设施及生命财产的安全，必须采取严格的防措施加以保护，确保爆破安全。

2.5基坑排水

⑴ 地面排水

基坑顶部沿围护结构设排水沟，用于承接基坑抽排水及地面雨水，经过沉淀池后，排入下水道。

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在围护结构边缘修筑挡水缘，防止地表水倒灌入基坑。

从基坑抽出的水，由于含有一定量的泥砂，采用在基坑两侧设置沉淀池。沉淀池一般由三个小池组成，小池尺寸可采用2.0m（宽）×1.5m（长）×2.0m（深），三个小池分别为进水池、沉淀池、出水池。及时清理沉淀池沉碴，防止将泥砂带入下水道，造成堵塞。

⑵ 基坑排水

基坑开挖期间一般采用了降水措施，但必然会存在一定的地下水和地表降水，开挖时需要设置坑排水沟，汇入集水井后抽出。

排水设置如图2-3所示。

2m围护桩15m2m围护桩水沟积水井15m15m图2-3 基坑排水示意图 2.6 基坑监测

基坑开挖至回填完成期间，需要对基坑及周边影响带进行监测。结合基坑地质情况、施工方法、围护结构类型及基坑周边环境状况，一般采用监测项目有：围护结构水平位移、围护顶部水平和垂直位移、支撑轴力、基坑四周地表沉降、坑底隆起、地下水位、周围建筑物沉降倾斜、地下管线安全等。

3 劳动力组织

根据施工进度、设备配备及工艺要求合理配置，地铁车站参见表3-1。

表3-1 劳动力配备表 序号 1 2 3 4 5 6 工种 施工及技术负责人 电焊工 电 工 机械维修工 汽车司机 吊车司机 数量(人) 2人 8人 2人 3人 20人 6人 序号 7 8 9 10 合 计 工种 挖机司机 测 工 起重工 普 工 数量(人) 12人 2人 4人 9人 68人 4 机具设备配置

根据进度要求、施工条件合理配备，地铁车站参见表4-1。

5 质量控制要点

⑴ 基坑开挖严格按批准的施工组织设计进行，确保开挖质量和结构物安全。基坑开挖中，采用

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纵向分段、分层开挖，分段长度视周围环境、地质、水文地质以及结构受力情况综合考虑确定；分层标高，为设计考虑横撑架设而规定的标高。

⑵ 土方开挖前，进行必要的排水和降水，地下水位降至开挖面下0.5米。开挖在围护结构达到设计强度后方可开挖。

表4-1 施工机械配备表 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 机具名称 履带起重机 反铲挖掘机 伸缩臂挖掘机 反铲挖掘机 反铲挖掘机 自卸载重车 潜水泵 水准仪 路基箱 型号规格 DH400配1.5方抓斗 EX300(加长臂) Sh220(臂长20m) Sh100 Sh60 15t 扬程≥30m S2 4m×1.5m 单位 台 台 台 台 台 台 台 台 块 数量 2 2 2 4 2 20 10 1 20 用 途 基坑挖土 坑挖土 坑挖土 坑挖土 坑挖土 土方运输 坑排水 测量 挖土 ⑶ 土方采用阶梯流水式开挖，做到随挖随撑。分段开挖的纵向放坡坡度符合要求。土方分层、分段留土护壁，限时开挖，并按照规定放坡。开挖时严格控制标高，超挖按规定回填。

⑷ 根据时空效应，保证在规定时间完成土方开挖、支撑、垫层的施工。基坑开挖至设计标高后，必须及时安装支撑，并按设计要求施加支撑预应力值。

⑸ 开挖作业时，开挖设备严禁与钢支撑相碰。

⑹ 当基底上层与设计不符或扰动、水浸、发现淤泥、土质松软等现象时，应做好记录，并会同有关单位研究处理。

⑺ 认真做好监控量测工作，并及时进行数据的收集及分析，及时反馈信息，指导开挖支护工作。

6 安全注意事项

6.1 施工现场安全保证措施

⑴ 施工现场的布置符合防火、防洪、防触电、防雷击等安全规定的要求，现场的生产、生活用房、仓库、材料堆放场、修配间、停车场等临时设施，应按总平面布置图进行统一布署。

⑵ 施工场区的地坪、道路、仓库、加工场、材料场、水泥堆放场、基坑四周均采用砂浆或砼进行场地硬化，危险地点悬挂警示灯或警告牌，有人经过的坑、预留孔洞设防护围栏和明显的色灯警示。在醒目的地方设置固定的大幅安全标语及各种安全操作规程牌。

⑶ 根据颁布的安全规程，结合工程实际，编印通俗易懂的安全防护规程手册。

⑷ 具定各项安全施工规则，经常检查安全施工执行情况，对职工进行安全教育，组织有关人员学习防护手册，并进行安全作业考试，考试合格的职工才准进入施工作业面作业。

⑸ 重视水文、气象资料，根据气象特点制定防洪预案，若发现有可能危及人身、工程和财产安全的灾害预兆时，立即按防洪预案实施和采取切实可行的防灾害措施，以确保人身、工程和财产的安全。

⑹ 定期举行安全会议，适时分析安全工作形式，指定有关管理人员，队长和安全员参加，并做

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好记录，各作业班组在班前班后对该班的安全作业情况进行检查和总结，并及时处理安全作业中存在的问题。

⑺ 加强安全检查，建立专门安全监督岗，实行安全生产责任制。遇有特别紧急的事故征兆时，停止施工，采取措施确保人员、设备和工程结构安全。

⑻ 施工现场的生产、生活区按《消防法》有关规定，设置消防池和配备足够的消防设施，明确消防责任人。

⑼ 住房、库棚、料场、修理间等消防安全距离应符合《消防法》有关规定。

⑽ 氧气瓶不得沾染油脂，乙炔瓶安装防回火安全装置，氧气瓶与乙炔瓶隔离存放，隔离存放的距离应符合有关安全规定的要求。

6.2 施工机械的安全控制措施

⑴ 车辆驾驶员和各类机械操作员持证上岗，对驾驶员、机械操作员定期进行安全教育。 ⑵ 机械设备在施工现场集中停放。

⑶ 起重作业严格执行《建筑机械使用安全技术规程》和《建筑安装工人安全技术操作规程》中的有关规定和要求。

⑷ 使用钢丝绳的机械，定期进行保养，发现问题及时更换，用钢丝绳起吊、拖拉重物时，现场人员要远离钢丝绳。

⑸ 设专人对机械设备、各种车辆定期检查、维修和保养，对查出的隐患要及时进行处理，并制定防措施，防止发生机械伤害事故。

6.3 施工用电安全技术措施

施工现场临时用电，严格按《施工现场临时用电安全技术规》中的有关规定办理。 ⑴ 现场临时用电线路的安装、维修、拆除由取得特殊工种上岗证的专职电工进行操作。 ⑵ 所有电线路采用“三相四线制”，机电设备按“一机一闸一漏电”设保护装置。架设的电力线路符合有关规定要求。

⑶ 变压器设置围栏，设门加锁，专人管理，悬挂“高压电危险、切勿靠近”的警示牌；变压器设接地保护装置，其接地电阻不大于4欧姆。

⑷ 室配电柜、配电箱前设绝缘垫，并安装漏电保护装置。各类电器开关箱和电器设备，按规定设接地保护装置，电源开关箱加锁。

⑸ 检修电器设备时停电作业，电源箱或开关握柄上悬挂“有人操作、严禁合闸”的警示牌或派人看管，严禁带电作业。

6.4 高处作业的安全保证措施

⑴ 高处作业人员戴好安全帽、系好安全带、穿防滑鞋。 ⑵ 禁止其它无关人员进入施工现场。

⑶ 在基坑边缘0.8-1.2m处，设置防护围栏，围栏高度不小于1.2m，要求牢固、结实、可靠。 ⑷ 从事架子、起重作业人员，定期检查身体，持证上岗。

⑸ 作业平台上的脚手板采用满铺，且平顺、牢固、无探头板。施工搭设的梯道，脚手架、防护栏、安全网等防护设施符合安全要求，经安全员检查合格后方可投入使用，工程施工应严格执行《建

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筑施工高处作业安全技术规》和《建筑安装安全技术操作规程》有关规定。

⑹ 基坑施工的人员上、下班设专用的斜道或梯道。

⑺ 高处作业面上用的料具放置稳妥，小型工具、材料随时放入工具袋，传递料具安全可靠。 ⑻ 拆除建筑物自上而下进行，并注意防止其它部分坍塌；拆除建筑物的栏杆、楼梯、模板、脚手架等，要和整体拆除程度相配合，不能先行拆掉，建筑物的承重支柱和横梁，要待其所承担的全部结构拆除后方可拆除。

⑼ 夜间作业保持良好的照明，基坑周围悬挂醒目的安全警示牌和警示灯。

⑽ 高处作业使用的各种机电设备，钢丝绳等设备按有关规定、要求办理，并指定专人负责检查，发现问题及时更换、处理。

6.5 主体基坑安全防护措施

⑴ 开挖顺序按业主批准的施工组织设计或施工方案进行，不得随意开挖，并及时按设计架设支撑。

⑵ 基坑四周设置防护栏，并设安全警示牌。

⑶ 作好基坑排水，保持开挖过程中土体和基底的干燥。

⑷ 提升系统的设计检算，其安全系数符合有关安全技术规程的要求。

6.6 爆破安全防措施

⑴ 实施爆破时尽量避开工作时间和居民的休息时间，并事先示警。

⑵ 对能不进行爆破的尽量不爆破，对非爆破不可的地段，则采取爆破与风镐配合使用，弱爆破，严格控制装药量，使开挖体松动即可，然后用风镐处理，最大限度的减少干扰，保证安全。

⑶ 爆破之前设专人巡查，确认无误后方可起爆，并用炮被或安全网等进行覆盖，避免飞石伤人。 ⑷ 加强火工品的管理。对爆破物品的储存、运输、使用严格按照关于对爆炸物品的有关规定进行。

7 基坑风险分析及应急预案

7.1 风险分析

地铁车站的施工中，通常涉及的管线、建筑物众多，稍有不慎就会导致严重的安全事故和生命财产的损失，给企业的社会信誉和经济利益造成的重大的伤害，因此，在基坑开挖前，需要组织有经验的人员，认真进行风险的分析和评估。常见风险及危害见表7-1。

表7-1 基坑开挖常见的风险因素和危害 序 号 1 2 3 4 5 Word 资料

基坑 开挖 施工 工序 危害类型 常 见 风 险 因 素 工程安全 基坑纵向边坡失稳滑坡 支撑失稳，基坑崩坍 承压水突涌 坑底隆起 基坑围护结构位移过大，周围建构筑物沉降 ● ● ● ● ● 人身安全 ● ● ● 周围建构筑物和管线安全 ● ● ● ● ● 交通安全 ● ●

6 基坑降水引起周围地面沉降 ● 上表列举的风险因素反映出基坑开挖阶段是工程风险的高风险阶段。

7.2 风险的规避

风险的规避与预防可通过施工技术措施和组织管理措施实现。例如：对于基坑纵坡失稳，应严格控制基坑纵坡比不大于安全坡度，保证基坑降水措施，严格交底制度、明示制度等。地质条件清楚、管线条件清楚的条件下，严格按照方案施工可以避免各类风险因素发生。

7.3 预防措施

⑴ 钢支撑失稳

① 基坑开挖前组织一定的钢支撑、注浆材料等备用。 ② 严格按设计分层分段开挖，并在规定的时间架设好钢支撑。 ③ 基坑开挖过程中加强监控量测，建立预警机制。

④ 基坑开挖过程中当监控量测出现预警时，及时增加钢支撑，并调整基坑开挖参数，控制下阶段变形值。

⑤ 当周边建筑发生较大位移或沉降时，立即采取注浆加固等措施。 ⑵ 纵坡失稳

① 基坑纵向放坡不得陡于安全坡度。

② 基坑施工过程中，对纵向土坡加强监测，并将结果及时反馈指导施工，确保纵向边坡的稳定。 ③ 加强基坑防排水措施。特别在雨季的基坑开挖时，纵坡面采用彩条防水布覆盖，每一个开挖台阶设置一个排水截水沟，每两个台阶设置一个汇水井以抽排积水。

④ 纵坡失稳、局部坍塌时，立即停止开挖，及时回填土方，加设支撑，并妥善做好排水。 ⑤ 边坡外控制附加荷载，当边坡出现预警时，及时卸载，避免出现滑坡事故。 ⑶ 基底隆起及突涌

① 现场备齐钢材、砂袋、止水材料和一定数量的备用钢支撑以备抢险急用。 ② 基坑开挖前做好基坑降水，并在基坑开挖过程中做好防排水措施。 ③ 当基坑有隆起的征兆时，对基坑基础下部土层采取注浆加固等措施。

④ 发生基底突涌或墙壁大量涌水涌土时，立即停止开挖，撤出施工人员机械，严禁重型机械靠近。回填土方、砂袋进行压堵，立即堵截。并及时组织对墙外地表进行注浆压固，减少土体坍陷，控制位移。

⑤ 基坑开挖过程中减少基坑暴露时间，挖至设计标高后及时浇注垫层和底板。 ⑷ 土方垂直运输

在基坑四周设安全挡板，防止井边坠物伤人；起吊龙门吊等设备有限位保险装置，不带病、超负荷工作并定期检修；龙门吊操作由专人持证上岗；吊装时，施工现场有指挥；定期检查料索具，发现断丝超标、钢丝绳棱角边损坏等现象，及时报废更换；工程弃土及零星材料吊运时，不可满斗，并进行处理，避免材料散落伤人；施工人员按正确方式佩戴安全帽；配备足够强度的照明设备，并经常由现场电工检修，保证照明设备的正常使用。

⑸ 管线保护

成立专职管线保护工作小组，协助相关管线单位做好管线改迁保护方案，并在施工期间，保护

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各类管线不被破坏。对新发现的管线，首先进行现场保护，并立即上报以待处理。

7.4 应急处理工作流程

施工前成立应急处理工作小组，并制定工作流程，必要时组织演练。应急处理工作小组下设技术组、监测组、物资设备组、保卫组，应急处理工作组24小时值班，施工中如发现监测数据超标，启动工程事故应急预案，并按应急通知迅速组织各应急处理组、应急处理突击队赶到现场进行救治。

8 工程实例

8.1 工程简介

上海市轨道交通9号线一期工程R413标（九亭站～七宝站）西岔道井位于上海市闵行区沪松公路北侧，临近小渡船桥。起讫里程为DK19+520～DK19+705，基坑宽度29.4m，长度183.4m。标准段基坑深度为15.96～16.52m，围护结构采用800mm地下连续墙，深29m；端头井段基坑深度平均为17.84m，采用800mm厚地下连墙，墙深31m。

西岔道井自地表至55m深度围所揭露的土层均为第四纪松散沉积物，按其成因可分为8层（缺设第④层），其中第②、⑤、⑦、⑧层按其土性及土色差异又可分为若干亚层。

8.2 施工情况

基坑采用明挖法施工，西岔道井开挖时间为2004年6月至10月，开挖方量达8万方，由于严格遵循时空效应的原理，各工种人员配合到位，分块单元体积合理，开挖和支撑架设均在规定时间完成，有效的保证了整个基坑的稳定安全。

8.3 工程经验

在施工图设计阶段，提前介入，合理的确定了钢支撑的层高，保证分块开挖方量不致过大过小，同时确定钢支撑的拆换顺序。

因预先考虑不足，基坑旁边的管线监测数据有超过警戒值的情况，通过及时实施加固措施得以保护。

8.4 关键图片

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端头井开挖

伸缩臂挖掘机开挖

③⑤

①②④端头井土方开挖顺序图 Word 资料