第六章 蓋挖法

第六章蓋挖法李慎剛東北大學(xué)土木工程研究所16.1概述蓋挖法1、蓋挖法概念CoverandCutMethod

蓋挖法最早在20世紀60年代用于西班牙馬德里城市隧道，隨后在很多城市的隧道建造中被采用。蓋挖法是由地面向下開挖至一定深度后，將頂部封閉，其余的下部工程在封閉的頂蓋下進行施工。2、適用條件在場地開闊、建筑物稀少、交通及周圍環(huán)境允許的地區(qū)，優(yōu)先采用施工速度快、造價較低的明挖法。在不允許較長時間占用地面交通道路的情況下，采用蓋挖法施工。2蓋挖法適用于松散的地質(zhì)條件下及隧道處于地下水位線以上時；當隧道處于地下水位線以下時，需附加施工排水設(shè)施。3、蓋挖法的優(yōu)缺點：優(yōu)點：只在短時間內(nèi)封閉地面的交通，蓋板建好后，后繼的開挖作業(yè)不受地面條件的限制；開挖對鄰近建筑物影響較小，隧道結(jié)構(gòu)可延伸到地下水位以下，適用于覆蓋高度較小的隧道以及城市隧道。缺點：蓋板上不允許留下過多的豎井，故后繼開挖的土方需要采用水平運輸；工期較長，作業(yè)空間較小，和基坑開挖、支擋開挖相比費用較高。34、蓋挖法的分類蓋挖類型（按主體結(jié)構(gòu)的施工順序）蓋挖順作法蓋挖逆作法蓋挖半逆作法蓋挖順作與逆作組合蓋挖與暗挖法組合蓋挖與盾構(gòu)組合46.2蓋挖順作法1、蓋挖順作法（BottomUpMethod）是于現(xiàn)有道路上，按所需寬度，由地表面完成擋土結(jié)構(gòu)后，以定型的預(yù)制標準覆蓋結(jié)構(gòu)（包括縱、橫梁和路面板）置于擋土結(jié)構(gòu)上維持交通，往下反復(fù)進行開挖和加設(shè)橫撐，直至設(shè)計標高。依序由下而上建筑主體結(jié)構(gòu)和防水措施，回填土并恢復(fù)管線路或埋設(shè)新的管線路。最后，視需要拆除擋土結(jié)構(gòu)的外露部分及恢復(fù)道路。52、蓋挖順作法的圍護結(jié)構(gòu)蓋挖順做法主要依賴堅固的擋土結(jié)構(gòu)，根據(jù)現(xiàn)場條件、地下水位高低、開挖深度以及周圍建筑物的臨近程度，可以選擇鋼筋混凝土鉆（挖）孔灌注樁或地下連續(xù)墻。對于飽和的軟弱地層，應(yīng)以剛度大、止水性能好的地下連續(xù)墻為首選方案。(1)擋土結(jié)構(gòu)6.2蓋挖順作法6開挖寬度很大時，為縮短橫撐的自由長度，防止橫撐失穩(wěn)并承受橫撐傾斜時產(chǎn)生的垂直分力以及行駛于覆蓋結(jié)構(gòu)上的車輛荷載和吊掛于覆蓋結(jié)構(gòu)上的管線重量，經(jīng)常需要在建造擋土結(jié)構(gòu)的同時建造中間柱以支撐橫撐。中間樁柱可以是鋼筋混凝土的鉆孔灌注樁，也可以采用預(yù)制的打入樁（鋼或鋼筋混凝土樁）。（2）中間柱6.2蓋挖順作法2、蓋挖順作法的圍護結(jié)構(gòu)7中間樁柱一般為臨時性結(jié)構(gòu)，在主體結(jié)構(gòu)完成時將其拆除。為了增加中間樁柱的承載力或減少其入土深度，可以采用底部擴孔樁或擠擴樁。（3）覆蓋結(jié)構(gòu)定型的預(yù)制覆蓋結(jié)構(gòu)一般由型鋼縱、橫梁和鋼-混凝土復(fù)合路面板組成。路面板通常厚200mm，寬300～500mm、長1500～2000mm。6.2蓋挖順作法2、蓋挖順作法的圍護結(jié)構(gòu)896.3蓋挖逆作法1、逆作法原理1935年日本首次提出逆作法工藝概念，后在美國、英國、德國、法國等國家應(yīng)用。先沿建筑物地下室軸線或周圍施工地下連續(xù)墻或其他支護結(jié)構(gòu)，同時建筑物內(nèi)部的有關(guān)位置澆筑或打下中間支承樁和柱，作為施工期間于底板封底之前承受上部結(jié)構(gòu)自重和施工荷載的支撐。然后施工地面一層的梁板樓面結(jié)構(gòu)，作為地下連續(xù)墻剛度很大的支撐，隨后逐層向下開挖土方和澆筑各層地下結(jié)構(gòu)，直至底板封底。同時，由于地面一層的樓面結(jié)構(gòu)已完成，為上部結(jié)構(gòu)施工創(chuàng)造了條件，所以可以同時向上逐層進行地上結(jié)構(gòu)的施工。如此地面上、下同時進行施工，直至工程結(jié)束。10國外采用逆作法施工的典型工程世界最大的地下街——日本東京八重州地下街，共三層，建筑面積7萬平方米；最深的地下街——莫斯科切爾坦沃住宅小區(qū)地下商業(yè)街，深達70~100m；最大的地下體育中心——挪威奧斯陸市A區(qū)地下體育中心；戰(zhàn)時可掩蔽7500人；最高的地下綜合體——德國慕尼黑卡爾斯廣場綜合體，共六層，一層為人行道和商業(yè)區(qū)、二層為倉庫和地鐵站廳，三層、四層為停車場，五層、六層為地鐵站臺和鐵道。2、逆作法的應(yīng)用6.3蓋挖逆作法11國內(nèi)采用逆作法施工的典型工程城市工程名稱地下層數(shù)逆作施工方法上海恒積大廈4全逆作福州世界金龍大廈3.5半逆作廣州好世界大廈3全逆作廣州國際銀行中心4全逆作天津百貨大樓4半逆作天津紫京花園3全逆作深圳地王大廈4半逆作上海城市航站樓3全逆作125000kv地下變電站開挖深度33.5米采用地下連續(xù)墻，直徑130米，墻厚1.2m，深度57.5米。13上海500kV世博變電站位于上海市靜安區(qū)雕塑公園內(nèi)，是國內(nèi)首座500kV全地下變電站，開挖深度33.5米，地下主體結(jié)構(gòu)采用框架剪力墻結(jié)構(gòu)，基坑維護采用地下連續(xù)墻，直徑130米，墻厚1.2m，深度57.5米。作為國內(nèi)首座500kV全地下變電站建設(shè)和管理，涉及到地表、地層和工程規(guī)劃、設(shè)計、施工、監(jiān)測及維護等大量資料、文檔、圖紙的存儲、查詢和有效利用的問題，為此，需要針對500kV世博變電站的特點，從變電站工程全生命周期角度出發(fā)，建立一個集成、高效和全面的數(shù)字化世博變電站系統(tǒng)。工程簡介14上海世博500kV全地下變電站采用逆作法施工，總體步驟如下：1）地下連續(xù)墻成槽 6）上覆土回填 2）地下連續(xù)墻澆筑 7）開挖中間土體，架設(shè)支撐3）樁基施工 8）中間層主體結(jié)構(gòu)澆筑4）開挖上覆土體 9）開挖最后一層土5）頂板澆筑 10）底板澆筑，拆除支撐1520世紀50年代意大利米蘭地鐵站首先采用逆作法施工，歐洲和日本許多地鐵站采用這種方法。1965年到1989年德國慕尼黑地鐵共建車站57座，其中采用逆作法施工的有20座。

我國上海陜西南路站、常熟路站、黃陂路站、三山街等站，北京復(fù)八線天安門東站、永安里站、大北窯站以及廣州、天津、深圳等地鐵站，都采用了逆作法施工。逆作法在地鐵施工中的應(yīng)用2、逆作法原理及應(yīng)用163、逆作法適用范圍和條件開挖地點接近重要結(jié)構(gòu)物時；有強大土壓和其他水平力作用，用一般擋土支撐不穩(wěn)定，而需要強度和剛度都很大的支撐時；開挖深度大，開挖或修筑主體結(jié)構(gòu)需要較長時間，特別需要保證施工安全時；因進度上的原因，需要在底板施工前修筑頂板，以便進行上部回填和開放路面時。適用條件

逆作法常用于埋藏較深的地下(基礎(chǔ))工程的施工，可適用于各類土層條件，包括飽和含水的軟土地層，尤其適用于城市密集建筑物街區(qū)的地下(基礎(chǔ))工程施工。如地下廠房、地下車庫、高層建筑下的深基礎(chǔ)、地下貯庫、地下變電站、地鐵車站等工程。適用范圍6.3蓋挖逆作法17逆作法施工步驟和作業(yè)流程逆作法施工步驟184、逆作法的分類（1）全逆作法：利用地下各層鋼筋混凝土肋形樓板對四周圍護結(jié)構(gòu)形成水平支撐。樓蓋混凝土為整體澆筑，然后在其下掏土，通過樓蓋中的預(yù)留孔洞向外運土并向下運入建筑材料。（2）半逆作法：利用地下各層鋼筋混凝土肋形樓板中先期澆筑的交叉格形肋梁，對圍護結(jié)構(gòu)形成框格式水平支撐，待土方開挖完成后再二次澆筑肋形樓板。（3）分層逆作法：此方法主要是針對四周圍護結(jié)構(gòu)，是采用分層逆作，不是先一次整體施工完成。分層逆作四周的圍護結(jié)構(gòu)是采用土釘墻。6.3蓋挖逆作法191.按基礎(chǔ)外圍面積，先施工周圍的支護結(jié)構(gòu)，支護體系采用地下連續(xù)墻或排樁支護，排樁采用沖孔樁、鉆孔樁或挖孔樁等。2.按設(shè)計圖施工中間支撐柱和基礎(chǔ)，若有地下水可以做降水處理后再施工。（鋼管柱或者型鋼柱，外包混凝土）3.利用地下室一層的土方夯實修正后做地模，澆灌地下室±0.0層的層頂鋼筋混凝土的梁和板，并在此層預(yù)留出挖土方的出土洞若干個。5、全逆作法施工步驟和作業(yè)流程6.3蓋挖逆作法20注意降水

預(yù)留挖土方的出土洞若干個214.進行地下室一層土方的推土、挖土和運土到室外卸土區(qū)5.進行地下室二層梁板混凝土的澆筑，同樣要在樓板中預(yù)留出土洞6.進行地下室二層的土方開挖、外運。22

預(yù)留挖土方的出土洞若干個237.進行地下室三層的梁板混凝土的澆筑，同樣要在樓板中預(yù)留出土洞8.進行地下室三層的土方外運9.進行地下室底板混凝土的澆筑注意：各個工序中要預(yù)埋或預(yù)留出逆作法施工的特殊預(yù)埋件和預(yù)留孔24

預(yù)留挖土方的出土洞若干個25全逆作法工藝流程施工地下連續(xù)墻澆筑或打下中間支撐挖土至地下室一層頂板標高澆筑地下首層頂板挖土至地下室下一層頂板標高澆筑下一層頂板上部結(jié)構(gòu)施工……26北京地鐵4號線動物園車站北京地鐵4號線動物園車站為3層3跨島式站臺車站。車站總長189.9m,標準段總寬20.9m,底板埋深約29.0m。車站主體采用蓋挖逆作法施工,即在地面以下、地鐵車站的埋深范圍內(nèi),首先在車站范圍中間位置設(shè)置支撐樁(柱)承擔結(jié)構(gòu)自重和施工及運營過程中的荷載,然后自上至下依次施工車站各層結(jié)構(gòu),將各層樓板作為基坑的橫向支撐,并借助其水平剛度和抗壓強度保證基坑的穩(wěn)定。該站區(qū)所處地層由上至下依次為人工堆積層、新近沉積層、粉細砂、卵石圓礫層、粉質(zhì)黏土層、卵石圓礫層、粉質(zhì)黏土層、卵石圓礫層。2728圖5.13蓋挖順作與逆作組合施工29圖5.14蓋挖與暗挖組合施工306、半逆作法施工步驟1.沿地下室四周作維護排樁或地下連續(xù)墻2.開挖地下室土方，但保留邊跨土方不開挖，形成對維護樁（墻）的臨時支撐；3.作地下室柱子基礎(chǔ)；4.作地下室柱子；5.澆筑地下室頂蓋混凝土，并與四周圍護樁（墻）結(jié)合形成水平支撐；6.挖除地下室四周的保留土方；7.澆筑底板混凝土和側(cè)墻混凝土，完成地下結(jié)構(gòu)施工。與逆作法最大的區(qū)別為施工完頂板之后，向下開挖之底部設(shè)計高程，然后順做。與順做法區(qū)別為覆蓋結(jié)構(gòu)不是臨時性蓋板。311.先施工中間支撐柱（或臨時支撐柱）及基礎(chǔ)，并在基坑四周也施工若干個支撐柱（或臨時支撐柱）及基礎(chǔ)；2.沿基坑四周5~8m先進行土方開挖；3.筑地下一層土釘墻，并進行噴錨網(wǎng)施工；4.在土釘墻面上作防水層；5.利用地模或其他支模方法澆筑地下室頂層樓板，要求四周頂緊土釘墻，并在樓板上預(yù)留出取土洞，在樓板與側(cè)墻連接處一定要預(yù)留澆筑側(cè)墻混凝土的澆灌孔；6.全面開挖地下室一層土方；7.澆筑地下室一層四周側(cè)墻混凝土；8.沿基坑四周5~8m進行地下室二層的土方開挖；9.筑地下室二層土釘墻，并進行噴錨網(wǎng)施工；10.重復(fù)4~5步驟進行側(cè)墻澆筑混凝土和土方開挖等，繼續(xù)往下進行作業(yè)，但為了使樓板與側(cè)墻連接緊密，從第二層開始樓板四周邊緣增加一根鋼筋混凝土的反梁。11.若地下室僅兩層，則澆筑底板混凝土，然后澆筑地下兩層的側(cè)墻混凝土和疊合柱子的外包混凝土等。分層逆作法施工7、328、蓋挖逆作法的特點優(yōu)點水平位移小；結(jié)構(gòu)板作為基坑開挖的支撐，節(jié)省了臨時支撐；縮短占道時間，減少對地面干擾；受外界氣候影響小。缺點出土不方便；墻柱施工接頭多，需進行防水處理；工效低，速度慢；結(jié)構(gòu)框架形成之前，中間立柱能夠承受的上部荷載有限。33部分或全部占用地面分條施工維持部分交通夜間施工白天恢復(fù)交通9、施工期間的地面處理3410、圍護結(jié)構(gòu)按支護體形式分柱(樁)墻結(jié)構(gòu)地下連續(xù)墻(軟弱土層多采用連續(xù)墻)按圍護結(jié)構(gòu)與內(nèi)襯墻受力方式分分離式結(jié)構(gòu)(防水好)復(fù)合結(jié)構(gòu)(防水差)3511、中間柱中間柱在結(jié)構(gòu)框構(gòu)形成前是承受豎向載的主要受力構(gòu)件，能減少板的應(yīng)力。蓋挖順作法大多采用在永久柱兩側(cè)單獨設(shè)置臨時柱，而蓋挖逆作法多使臨時柱與永久柱合二為一。臨時柱通常采