第 3 章 · 城市轨道交通与地下工程
考点梳理
3.1 明挖基坑工程
围护结构（按刚度与适用条件）
| 类型 | 特点 |
|---|---|
| 地下连续墙 | 刚度大、止水好，可兼作主体结构外墙（叠合墙/复合墙） |
| 钻孔灌注桩（排桩） | 需配止水帷幕（旋喷、搅拌桩） |
| SMW 工法桩 | 型钢 + 水泥土，型钢可回收，止水与刚度兼顾 |
| 钢板桩 | 施工快，适用于较浅基坑与软土 |
| 咬合桩 | 素桩与钢筋混凝土桩咬合，兼作止水 |
支撑体系
- 内支撑（钢支撑、混凝土支撑）与锚杆（索）体系；
- “先撑后挖”：支撑未形成或未达设计强度不得下挖；钢支撑应按设计施加预应力并复加；
- 支撑拆除应与主体结构施工换撑配合，不得一次拆除导致围护结构失稳。
地下水控制
- 降水（管井、井点）、截水（止水帷幕、冻结法）、回灌（保护周边建筑）；
- 降水与回灌的平衡：城市基坑降水可能引起周边地面沉降，必要时设置回灌井保持水位；
- 基坑内外水位与周边沉降应动态监测，超预警值立即停工分析。
3.2 盾构法
始发与接收
- 端头加固（旋喷、搅拌桩、冻结）防止涌水涌砂与地表沉陷；
- 始发/接收井的洞门凿除顺序与临时止水装置；
- 盾构基座与导轨、反力架安装精度直接影响轴线控制。
掘进与衬砌
- 掘进参数控制：土仓压力、推进速度、刀盘转速、出土量、注浆量与压力，保持开挖面稳定（土压平衡/泥水平衡）；
- 同步注浆：管片脱出盾尾后立即注浆填充建筑空隙，控制地层沉降；必要时二次注浆；
- 管片拼装：不得错台、破损，螺栓按规定扭矩紧固；管片防水密封条不得损伤；
- 姿态控制：通过分区油缸调节纠偏，不得急纠，避免超挖与轴线偏离。
沉降控制：地表沉降分三个阶段——先行沉降（掘进前）、开挖面前后沉降、盾尾空隙沉降（固结沉降），同步注浆与二次注浆主要控制后两者。
3.3 喷锚暗挖法（矿山法）
十八字方针
管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测
- 超前支护：超前小导管、管棚、超前锚杆，先支护后开挖；
- 开挖方式：全断面、台阶法、环形开挖留核心土法、中隔壁法（CD）、交叉中隔壁法（CRD）、双侧壁导坑法——按围岩级别与地表沉降要求选择；
- 初期支护：喷射混凝土 + 锚杆 + 钢架（格栅钢架/型钢钢架）+ 钢筋网，形成组合支护；
- 二次衬砌：初期支护变形基本稳定后施作，防水层设于初支与二衬之间；
- 监控量测：必测项目（地表沉降、拱顶下沉、净空收敛）与选测项目，按频率量测并绘制时态曲线，达到预警值立即采取措施。
3.4 监控量测与环境安全
- 监测对象：地表、道路、管线、周边建筑物、围护结构、支撑轴力、地下水位；
- 预警分级：按监测值与变化速率划分（如黄色/橙色/红色预警），对应不同响应措施；
- 信息化施工：用监测数据指导施工参数调整（这是市政地下工程案例的"标准答案"之一）；
- 应急预案：涌水涌砂、塌方、管线破裂、燃气泄漏的处置流程与物资准备。
🧠 记忆工具箱
喷锚暗挖十八字方针（必背）
“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测。”
明挖基坑三句铁律
“先撑后挖、支撑加预应力、拆撑先换撑。”
盾构三参数三注浆
- 三参数：土仓压力、推进速度、出土量（配合刀盘转速、注浆量）；
- 三注浆：同步注浆（必做）、二次注浆（补充）、背后回填注浆。
沉降三阶段口诀
“先行沉、面前后沉、盾尾固结沉”——控制重点在同步注浆。
量测必测项目
“地表沉降、拱顶下沉、净空收敛”——三项必测。
🔍 深度精讲
深讲 1：为什么"先撑后挖"是不可违反的次序
围护结构（排桩、地下连续墙）本身是悬臂或近似悬臂受力构件，其承受土压力与水压力的能力依赖支撑提供的水平支点。若先挖后撑：
- 悬臂高度增大 → 弯矩按高度平方增长 → 围护结构变形急剧增大甚至折断；
- 变形会带动周边地层位移，造成管线断裂、房屋开裂；
- 一旦发生涌水涌砂，抢险代价极高。
因此"先撑后挖"不仅是工艺要求，更是控制变形链的第一环；此外钢支撑须施加设计预应力（否则被动受力、变形已发生），并在土方开挖到下一道支撑标高后及时安装。
深讲 2：城市基坑降水与"回灌"的辩证关系
降水使坑内水位下降、便于干作业，但会造成坑外水位降落漏斗，引起周边土体固结沉降。处理方法：
- 控制降深：只降到满足施工要求的水位，不盲目深降；
- 止水帷幕：隔断坑内外水力联系，减少坑外水位下降（但需注意帷幕渗漏引起的坑内突涌）；
- 回灌：在坑外设置回灌井，向含水层补水以维持周边水位与有效应力；
- 监测联动：同步监测坑内外水位、周边建筑与管线沉降，动态调整降水与回灌量。
案例答题要点：既答"降水保证干作业"，也要答"回灌/帷幕保护周边环境"，只答前半句拿不到环境分。
深讲 3：盾构地表沉降的机理与对策对应表
| 沉降阶段 | 机理 | 对应措施 |
|---|---|---|
| 先行沉降 | 开挖面到达前土体排水固结与应力调整 | 控制推进速度、及时同步注浆跟进 |
| 开挖面沉降/隆起 | 土仓压力与静止土压力不平衡 | 精细控制土仓压力，与地质匹配 |
| 盾尾空隙沉降 | 盾尾脱出后管片与土体间空隙未被填充 | 同步注浆及时足量、必要时二次注浆 |
| 后续固结沉降 | 扰动土体长期固结 | 控制超挖与注浆质量、加强监测 |
核心结论：盾构施工控制沉降的"牛鼻子"是土仓压力 + 同步注浆。
例题（带解析）
例题 1：喷锚暗挖法施工的十八字方针包括？ A. 管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测 B. 长开挖、弱支护、慢封闭、少量测 C. 先开挖、后支护、不量测 D. 强爆破、快出渣、少支护 答案 A。解析：喷锚暗挖法的基本方针是"管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测"，核心是控制地层变形。
例题 2：盾构掘进中控制地表沉降最关键的措施是？ A. 提高刀盘转速 B. 控制土仓压力并及时同步注浆 C. 加快推进速度 D. 减少管片螺栓扭矩 答案 B。解析：土仓压力决定开挖面稳定，同步注浆填充盾尾空隙，二者是控制地表沉降最关键的措施；盲目提高转速或加快推进反而会加大扰动。
例题 3：关于明挖基坑支撑体系，说法正确的是？ A. 可先挖至设计标高后一次性安装支撑 B. 支撑未形成前不得下挖，钢支撑应按设计施加预应力 C. 支撑可一次全部拆除 D. 围护结构无需进行变形监测 答案 B。解析：基坑施工必须"先撑后挖"，钢支撑应按设计施加预应力并复加；支撑拆除应与主体结构换撑配合，不得一次全部拆除；围护结构须进行变形与内力监测。
⚠️ 易错提醒
- “先撑后挖“与"先挖后撑"是判断妥当与否的关键，案例常设陷阱；
- 钢支撑必须施加预应力，被动支撑等于没有及时支护；
- 盾构沉降控制的重点是同步注浆（配合土仓压力），不是二次注浆（后者是补充）；
- 喷锚暗挖十八字方针顺序不要颠倒；
- 监控量测必测三项：地表沉降、拱顶下沉、净空收敛；
- 城市基坑降水必须同时考虑回灌/帷幕保护周边环境。