专利名称：一种土方开挖方法及明挖隧道施工方法
技术领域：
本发明涉及建筑施工领域，更具体地说，涉及一种土方开挖方法。此外，本发明还涉及一种包括上述土方开挖方法的明挖隧道施工方法。
背景技术：
目前，明挖法是一种较为常见的土方开挖方法，明挖隧道施工方法则是一种较常用的隧道施工方法。下面结合附图简单介绍一下明挖隧道施工方法。如图I和图2所示，现有技术中的采用明挖隧道施工方法包括以下步骤步骤SI :工作机械在基坑中间沿着基坑的延伸方向，进行第一层土方开挖，并且在基坑的两侧预留宽约2m的土方暂不挖。 步骤S2 :待基坑达到预定的深度，并且将已开挖的土方运出基坑后，以预留土方的上表面作为架设第一道支撑I的工作面，进行第一道支撑架设。步骤S3 :待第一道支撑I架设完毕后，开挖预留土方。步骤S4 :接着开挖第二层土方，同样在基坑的两侧预留宽2m的土方暂不挖。步骤S5 :待第二层土方开挖达到预定的深度后，以预留土方的上表面作为架设第二道支撑的工作面，进行第二道支撑架设。步骤S6 :接着开挖预留土方。步骤S7 :重复上述的工序，继续开挖直至见底。步骤S8 :待基坑完全见底后，进彳了王体结构施工。由上述工作过程可知采用现有技术中的明挖法开挖土方时，需要一层一层的向下开挖，即将上一层土方完全开挖运走后再开挖下一层土方，这样要见底即需要将基底上方的土方完全开挖运走，从而使得基坑见底速度较慢，见底时间较长。上述明挖隧道施工方法中，开挖土方的进度比较慢，而且待开挖土方完全见底后才可以进行主体结构的施工，因此该明挖隧道施工方法的施工时间较长，往往较难保证工期。另外，上述明挖隧道施工方法中，当将上层的土方开挖完毕后还要及时安装支撑，当对下层的土方进行开挖时，工作机械2容易碰撞上方的支撑，进而易形成安全隐患；并且需要采用吊运或挖机水平转运的方式将下层土方向基坑外运输，然后再通过自卸汽车3将土方运走，这样向基坑外运输土方的方式较为复杂。因此，如何使得开挖土方见底速度较快是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种土方开挖方法，以实现开挖土方见底速度较快。本发明的另一个目的是提供一种明挖隧道施工方法，该明挖隧道施工方法可以使得施工时间较短，进而有效地保证工期。为实现上述目的，本发明提供如下技术方案一种土方开挖方法，包括以下步骤在基坑内开挖土方形成至少两个台阶面；工作机械分别在所述台阶面上向下并向后开挖土方。优选地，所述向下并向后开挖土方具体为工作机械挖台阶面下方的土方，并将土方卸至上一级台阶面。优选地，所述在基坑内开挖土方形成至少两个台阶面具体为将基坑分为至少两段，在每段内单独开挖土方均形成至少两个台阶面。 优选地，所述在基坑内开挖土方形成至少两个台阶面具体为在基坑内开挖土方形成三个台阶面。优选地，相邻的两个所述台阶面之间连接面的坡度在I : 0.5 I : I. 5之间。优选地，最上一级所述台阶面以下的各台阶面的长度为6 Sm。优选地，工作机械在最下一级台阶面上向下并向后开挖土方形成基底，相邻的两个所述台阶面之间和最下层的台阶面与基底之间的竖直距离为5 6m。一种明挖隧道施工方法，包括上述任一项所述的土方开挖方法，其中随着各台阶面的后退，在已开挖的基坑内架设相应的支撑。优选地，在基坑内架设有支撑并且已见底的部位进行主体结构施工。优选地，待部分主体结构底板施工完毕后，拆除该部分的最下一道支撑。相对上述背景技术，本发明提供土方开挖方法中，在基坑内开挖土方形成至少两个台阶面；这样工作机械分别在各台阶面上向下并向后开挖土方。由上可知，由于处于不同高度台阶面上的工作机械同时向下并向后开挖土方，从而使得向下并向后开挖土方的速度较快，并且各个台阶面上的工作机械作业深度之和较大，可以实现局部开挖一次见底，即见底速度较快。本发明所提供的明挖隧道施工方法中包括上述土方开挖方法，其中随着各台阶面的后退，在已开挖的基坑内架设相应的支撑。由于开挖土方可以较快见底，这样架设支撑就可以与后续开挖土方同时进行，这样就可以合理的分配施工空间，提高整体的施工速度，进而有效地保证了工期；还由于开挖土方的开挖面是下降并且后退的，因此在已开挖的基坑内架设支撑时，可以有效地避免与位于各个台阶面上的工作机械交叉作业，从而避免了工作机械与支撑之间碰撞，进而保证了施工安全。
图I为现有技术所提供的明挖法的施工示意图；图2为现有技术所提供的明挖隧道施工方法的流程图；图3为本发明实施例所提供的明挖隧道施工方法的流程图；图4为本发明实施例所提供的土方开挖方法的施工示意图；图5为本发明实施例所提供的明挖隧道施工方法的施工示意图；图6为本发明实施例所提供的第二道/第三道支撑的结构示意图。
具体实施例方式本发明的一个目的是提供一种土方开挖方法，以实现开挖土方见底较快。本发明另一目的是提供一种明挖隧道施工方法，该明挖隧道施工方法可以提高施工速度，有效地保证工期。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明的保护范围。如图3所示，本发明所提供的土方开挖方法中，包括 步骤SOI，在基坑内开挖土方形成至少两个台阶面。台阶面的数量通常是根据基坑的深度、工作机械的作业深度等因素而确定的。步骤S02，工作机械分别在各台阶面上向下并向后开挖土方。由于处于不同高度台阶面上的工作机械同时向下并向后开挖土方，从而使得向下并向后开挖土方的速度较快，并且各个台阶面上的工作机械作业深度之和较大，可以实现局部开挖一次见底，即见底速度较快。一般，向下并向后开挖土方具体为工作机械挖台阶面下方的土方，并将土方卸至上一级台阶面。如图4所示，当具有两个台阶面时，第二台阶面12上的工作机械16将土方卸至第一台阶面11上；当具有三个台阶面时，第三台阶面13上的工作机械17将土方卸至第二台阶面12上，第二台阶面12上的工作机械16将土方卸至第一台阶面11上；以此类推，当具有多个台阶面时，接力传土的方式与上述相同。如图5所示，第一台阶面11上的土方采用装车运走方式，在工地通常可以采用自卸汽车18将土方运走，当然可以采用其它运输机械；当开挖土方至基坑的端头处时，随着各台阶面的缩短，可以逐个减少相应工作面上的工作机械，当无法再用上述接力传土的方法挖取基坑端头剩余土方时，可采用垂直吊运的方式将基坑底部的土方运出，或者是采用长臂挖机挖取基坑底部的剩余的土方。由上可知，施工过程中主要采用这种接力传土的方式将较低处的土方运送到地面，从而就避免了吊运的方式运土，进而使得运送简单、方便。为了进一步提高土方开挖的速度，基坑内开挖土方形成至少两个台阶面这个步骤，具体为将基坑分为至少两段，在每段内单独开挖土方均形成至少两个台阶面。这样每段就可以单独进行施工，增加了工作面，进而有效地提高了施工速度。对于分段数量具体可以根据施工现场所处的地形条件、工程量大小以及工期要求等条件将基坑适当分段，一般情况分段长度在100 200m之间，当然也不限于这个长度，可以根据实际情况灵活把握。一般情况城市隧道的深度为18m左右，而通常会选用作业深度为6m的挖机进行挖掘，因此本发明实施例在在基坑内开挖土方形成至少两个台阶面时优选在基坑内开挖土方形成三个台阶面。这样就可以有效地利用工作机械，减少工作机械的投入。以具有三个台阶面为例，简单介绍一下各工作面的工作机械的布置起初开挖土方的第一台工作机械，退挖作业的长度和深度达到第二台工作机械作业条件时，一般可以根据选用的工作机械的种类、型号而定，放置第二台工作机械在第二台阶面12上，以此类推。由于通常基底以上O. 3m范围内的土方可以采用人工开挖，以防止大型设备挖土扰动基底，所以使放置在第三台阶面上的工作机械17能挖至基底以上O. 3m为宜。当然具有其它数量的台阶面时工作机械的布置情况与上述具有三个台阶面时工作机械的布置情况相同。为了防止土体坍塌，保证各台阶面的安全，可以使相邻的两个台阶面之间连接面的坡度在I : O. 5 I : I. 5之间。具体如图4所示，第一台阶面11与第二台阶面12之间连接面的坡度在I : 0.5 I : I. 5之间；增加台阶面时，第二台阶面12与第三台阶面13之间连接面的坡度也在I : O. 5 I : I. 5之间，以此类推。当然在施工中根据不同的土层情况合理设置坡度，一般来说，砂层、砂卵石层等自稳定性较差的地层，留取坡度一般较缓，I : I I : I. 5为宜；对粘土、黄土等自稳性较强的地层，留取坡度相对可以较陡，
I: 0.5 I : I为宜，具体参数根据不同的地层情况而定，当然也不局限于上述的范围，也可以根据实际施工情况灵活设置。此外，由于下一级台阶面上的工作机械挖土并且将土卸至上一级台阶面上，因此下一级台阶面的长度太长不便于卸土，下一级台阶面的长度太短不便于工作机械活动，所以在本发明实施例中优选设置第一台阶面以下的各台阶面的长度均为6 Sm。即第二台阶面12的长度为6 Sm，当增加台阶面时，第三台阶面13的长度也可以为6 Sm，以此类推，再增加的台阶面也可以为6 Sm，当然也可以根据工作机械的型号和基坑的宽度的不同而异。一般工作机械在最下一级台阶面上向下并向后开挖土方形成的基底与最下层的台阶面和相邻的两个台阶面之间的竖直距离的设置是根据所选用的工作机械的最大挖土深度而确定的，通常较常使用的工作机械的最大挖土深度为5 6m，因此本发明实施例优选将相邻的两个台阶面之间和最下层的台阶面与基底之间的竖直距离均设置为5 6m。为了便于基坑侧壁锚喷作业，一般将相邻的两个台阶面之间和最下层的台阶面与基底之间每隔I. 5m分为一层。
应用实例北京轨道交通昌平线土建施工01合同段工程位于北京西北部平原地区，明挖区间全长1718m，基坑平均深度18m，基坑平均宽度16. 5m，地质情况主要为粉土、粘土、中粗砂及砂卵石。采用上述土方开挖方法，即分为第一台阶面、第二台阶面和第三台阶面，第一台阶面与第二台阶面、第二台阶面与第三台阶面的竖直距离均为5. 4m，第三台阶面与基底之间的竖直距离为5. 7m, 3台挖机分别分布在第一台阶面、第二台阶面和第三台阶面上，并且同时退挖作业，接力传土，仅用半个月时间就到达了基坑见底的条件，显著提高了工作效率，有效地保证了工期要求。本发明还提供了一种明挖隧道施工方法，该明挖隧道施工方法包括上述任一实施例中所描述的土方开挖方法，如图5所示，其中随着各台阶面的后退，在已开挖的基坑内架设相应的支撑，可以架设两道支撑，即为第一道支撑110和第二道支撑112，也可以架设三道支撑，即为第一道支撑110、第二道支撑112和第三道支撑114，当然根据不同的基坑深度，设置相应的支撑数量，一般在开挖至架设支撑的位置以下O. Sm时，及时架设。由于开挖土方可以较快见底，这样架设支撑就可以与后续开挖土方同时进行，这样就可以合理的分配施工空间，提高整体的施工速度，进而有效地保证了工期；还由于开挖土方的开挖面是下降并且后退的，因此在已开挖的基坑内架设支撑时，可以有效地避免与位于各个台阶面上的工作机械交叉作业，从而避免了工作机械与支撑之间碰撞，进而保证了施工安全。当然为了架设支撑的步调与土方开挖的步调一致，可以按照自上而下，从前向后的顺序架设。在上述实施例的基础上，根据具体情况，如遇不良地质，在开挖土方之前可以采取地基加固处理，当地下水位标高高于结构底板标高时，在基坑开挖之前，需要对基坑进行降水作业。通常地基加固处理的方法有旋喷桩加固止水、深层水泥搅拌桩加固处理等，待土方开挖到一定的深度后，第一道支撑110与冠梁19固定，如图6所示，在地基上固定牛腿，在牛腿上设置围檩，在架设第二道支撑112处架设第二道围檩111，第二道支撑112与第二道围檩111固定，还可以在架设第三道支撑114处架设第三道围檩113，第三道支撑114与第三道围檩113固定。一般，本领域的技术人员会在架设有支撑并且已开挖见底的基坑内进行主体结构施工。这样主体结构的施做就可同基坑开挖平行进行，由于主体结构可以及时施做，从而就可以保证支撑支护和围岩的稳定性，进而有效地保证了施工的安全。另外，在部分主体结构底板施工完毕后，可以拆除该部分的最下一道支撑，这样可 以将拆除的支撑用于后续支撑中，有效地减少支撑的使用数量，进而降低了施工成本。一般情况，主体结构施工可以包括以下工序基底整平、测量及验收，垫层、底板防水层、防水保护层施工，结构底板钢筋、模板、混凝土施工，支架搭设、顶板底模铺设，侧墙防水层及保护层施工，侧墙、中隔墙钢筋、模板施工，顶板钢筋、堵头模、混凝土施工，顶板防水层及保护层施工，土方回填、逐层拆除支撑、恢复道路，当然在土方开挖和主体结构施工的全过程中可以进行基坑监测，做到信息化施工。采用上述实施例中所描述的明挖隧道施工方法可以合理分配施工空间，显著提高了施工速度，有效地保证了工期。以上对本发明所提供的一种土方开挖方法和明挖隧道施工方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
权利要求
1.一种土方开挖方法，其特征在于，包括以下步骤 在基坑内开挖土方形成至少两个台阶面； 工作机械分别在所述台阶面上向下并向后开挖土方。
2.如权利要求I所述的土方开挖方法，其特征在于，所述向下并向后开挖土方具体为工作机械挖台阶面下方的土方，并将土方卸至上一级台阶面。
3.如权利要求I或2所述的土方开挖方法，其特征在于，所述在基坑内开挖土方形成至少两个台阶面具体为将基坑分为至少两段，在每段内单独开挖土方均形成至少两个台阶面。
4.如权利要求I或2所述的土方开挖方法，其特征在于，所述在基坑内开挖土方形成至少两个台阶面具体为在基坑内开挖土方形成三个台阶面。
5.如权利要求I或2所述的土方开挖方法，其特征在于，相邻的两个所述台阶面之间连接面的坡度在I : O. 5 I : I. 5之间。
6.如权利要求I或2所述的土方开挖方法，其特征在于，最上一级所述台阶面以下的各台阶面的长度为6 8m。
7.如权利要求I或2所述的土方开挖方法，其特征在于，工作机械在最下一级台阶面上向下并向后开挖土方形成基底，相邻的两个所述台阶面之间和最下层的台阶面与基底之间的竖直距离为5 6m。
8.一种明挖隧道施工方法，其特征在于，包括上述权利要求I至7任一项所述的土方开挖方法，其中随着各台阶面的后退，在已开挖的基坑内架设相应的支撑。
9.如权利要求8所述的明挖隧道施工方法，其特征在于，在基坑内架设有支撑并且已见底的部位进行主体结构施工。
10.如权利要求9所述的明挖隧道施工方法，其特征在于，待部分主体结构底板施工完毕后，拆除该部分的最下一道支撑。
全文摘要
本发明涉及建筑施工领域，特别涉及一种土方开挖方法，在基坑内开挖土方形成至少两个台阶面；这样工作机械分别在各台阶面上向下并向后开挖土方。由上可知，由于处于不同高度台阶面上的工作机械同时向下并向后开挖土方，从而使得向下并向后开挖土方的速度较快，并且各个台阶面上的工作机械作业深度之和较大，可以实现开挖一次见底，即见底速度较快。本发明还提供了一种明挖隧道施工方法，包括上述土方开挖方法，其中随着各台阶面的后退，在已开挖的基坑内架设相应的支撑。这样架设支撑可以与后续开挖土方同时进行，从而就可以合理的分配施工空间，提高整体的施工进度，进而有效地保证了工期，并且还避免了工作机械与支撑之间碰撞，保证了施工安全。
文档编号E02D29/045GK102758442SQ20111010870
公开日2012年10月31日 申请日期2011年4月28日 优先权日2011年4月28日
发明者张东, 李小刚, 赵桂和 申请人:成都中铁隆工程集团有限公司