MJS工法在地鐵端頭盾構洞口加固的應用

沈中江

(中鐵十四局集團有限公司, 山東 濟南 250000)

1 工程概況

寧波市軌道交通5號線一期工程線路是骨干線網(wǎng)絡的擴展、填充線，線路從鄞州區(qū)布政到興莊路站。線路全長27.945 km，其中地下線長27.629 km，地面線長0.316 km，共設22座車站，其中換乘站10座，分別與1、2、3、4、6、7、S3、K1、S4/K2線換乘(圖1)。平均站間距1.27 km，最大站間距1.98 km。在破除端頭圍護結構和盾構進出洞施工的過程中，為了保障隧道端頭土層結構的可靠性和穩(wěn)定性，同時保證滿足防水施工規(guī)范，根據(jù)設計文件本標段同德路站-石碶站區(qū)間端頭井采用三軸攪拌樁+MJS全方位高壓噴射進行盾構出口加固，為了提高車站結構和加固區(qū)域的可靠性和安全性，需要利用雙層管高壓旋噴樁工藝對圍護結構和攪拌樁的中間層進行加固處理。

2 MJS工法介紹

MJS工法是全方位高壓噴射工法的英文簡稱，該種工法和高壓噴射注漿技術相比，裝配了先進的對地內(nèi)壓力進行測量與控制的設備，在成樁施工的過程中利用該設備對地層形狀進行合理的控制，顯著的提升成樁質(zhì)量，其優(yōu)勢主要包括以下幾個方面[1～3]。

(1)對周圍環(huán)境和鄰近土體造成的影響較小。高壓噴射樁工法的原理是利用氣升作用把鉆孔中的泥漿傳輸?shù)降孛?，該種工法不能夠?qū)娚渥{過程中產(chǎn)生的地內(nèi)壓力進行有效的控制，導致泥漿在地內(nèi)壓力的作用下向周圍土體的縫隙中無規(guī)則游走，會對周圍土層和地下水造成一定的污染。利用MJS工法進行鉆進施工，通過泥漿管能夠把產(chǎn)生的泥漿排到泥漿池中，同時還能夠?qū)崿F(xiàn)對地內(nèi)壓力的調(diào)整和控制，可以顯著的降低對周圍環(huán)境、鄰近土體以及地下水造成的危害。

(2)加固效果好和穩(wěn)定性高。高壓噴射樁的成樁直徑相對較小，并且加固的深度小于40 m，隨著深度的增加，噴嘴的效率逐漸的降低，加固效果不斷變差。采用MJS工法能夠?qū)Φ貎?nèi)壓力進行有效調(diào)控，加固深度遠高于高壓噴射樁，并且加固效果更好，穩(wěn)定性更高，并且不會出現(xiàn)深部噴嘴堵塞的問題，提高噴射效率。

(3)噴射角度隨意調(diào)整，且成樁質(zhì)量高MJS工法在應用的過程中能夠?qū)Φ貎?nèi)壓力進行科學的調(diào)控，同時周圍水土壓力不會對噴嘴噴出泥漿的擴散現(xiàn)象產(chǎn)生阻礙，能夠和周圍土體進行良好、均勻的混合，成樁質(zhì)量高，同時還能夠?qū)娚浣嵌冗M行任意調(diào)整，施工靈活度較高，28 d對樁體強度進行檢測，其強度能夠達到1.5 MPa。噴射初始壓力可達40 MPa。加固土體的形狀可360°調(diào)控，加固深度較高壓噴射樁增加20 m，并且成樁直徑更大，可以增加至3.3 m (圖2)。

圖2 MJS工法樁旋噴示意

3 MJS端頭加固方案

同德路-石碶區(qū)間盾構端頭采用MJS全方位高壓噴射樁及水泥攪拌樁加固，端頭加固平面寬度為9 m，加固深度為地面盾構隧道管片底下3 m(圖3)。MJS高壓旋噴樁設計樁徑為2.2 m,搭接長度為300 mm.空氣壓力介于0.5～0.7 MPa之間，注漿的壓力控制在40 MPa左右，水泥摻量控制在30%左右，全圓提升速度約30～40 min/m，成樁后28天齡期無側(cè)限抗壓強度超過1.5 MPa，滲透系數(shù)小于10(-7) cm/sec。

圖3 同德-石碶區(qū)間MJS工法樁布置

4 施工工藝

(1)周邊環(huán)境調(diào)查。施工區(qū)域周邊管線復雜，主要管線為10 kV電力管線，DN800給水管，施工過程中應針對施工現(xiàn)場附近已知管線布置監(jiān)測點，對區(qū)域內(nèi)管線進行監(jiān)測，保證施工安全。

(2)測量放樣。為了保證測量的準確性和精度，采用全站儀進行測量放樣處理，根據(jù)施工現(xiàn)場的實際情況做好控制點的布置工作，并做好樁位放樣工作。

(3)引孔。提前進行引孔施工，能夠顯著提升樁體質(zhì)量，在引孔施工過程中需要做好成孔傾斜度的檢查工作。因為MJS工法對成孔質(zhì)量的要求非常高，所以必須嚴格按照既定的參數(shù)進行設置，避免出現(xiàn)樁位中心和成孔中心之間的誤差超過5 cm的情況發(fā)生，垂直度的誤差需要控制在1/200以內(nèi)，成孔深度需要超過設計深度。

(4)MJS流程如圖4所示。在施工的過程中需要做好各種機械運行狀況的檢測工作，保證MJS管理設備、攪拌設備、高壓泵以及主機等機械能夠穩(wěn)定、高效的運行，調(diào)整好機架的平整度后對主機進行較零處理。下放鉆桿施工時需要把鉆桿下放到既定的深度，若在下放鉆桿時出現(xiàn)鉆桿無法下降的情況，需要將削孔水打開，一邊削孔一邊下放，直至設計的深度。在進行鉆頭和鉆桿對接施工過程中，必讀對密封圈的密封度進行全面、嚴格的檢查，避免出現(xiàn)密封圈損壞的情況，做好地內(nèi)壓力檢查工作，防止出現(xiàn)地內(nèi)壓力顯示不正常的情況。當鉆頭鉆至設計深度時，進行較零處理，保證鉆桿白線、噴嘴以及動力頭均處在統(tǒng)一直線上，調(diào)整好之后根據(jù)項目需求對工藝參數(shù)進行設置，例如回轉(zhuǎn)數(shù)、搖擺角度等，工藝參數(shù)選定后進行改良處理。在正式施工時，需根據(jù)地鐵車站端頭的實際需要，全方位地進行水平、垂直和傾斜多方向高壓噴射注漿，從而確保加固區(qū)域內(nèi)沒有空隙，以杜絕漏水等隱患，確保該工程的質(zhì)量效果。位置固定之后進行泥漿噴射施工，首先進行倒吸空氣和倒吸水流，當泥漿可以正常排出后，將閥門開啟，同時將空壓器和水泥泵的開關打開，進行泥漿噴射。泥漿噴射初期把壓力調(diào)整在10 MPa，為了保證施工質(zhì)量，需要將噴頭調(diào)整至向上位置，先進行噴水處理，噴射0.5 m后把鉆桿調(diào)整到既定的位置，再進行泥漿噴射施工。剛開始啟用水泥泵噴射泥漿時，不能直接將壓力調(diào)整到設定值，而是需要逐漸的提升壓力。當壓力上升至既定壓力后，檢查地內(nèi)壓力是否正常，如果正常則開始進行泥漿噴射施工，在噴射泥漿的過程中出現(xiàn)壓力驟增、增減的情況，需要對壓力進行適當調(diào)整。一根鉆桿提升完成之后，先將水泥切換為水，然后再實施鉆桿拆卸施工，按照上述步驟進行下一根樁體噴射施工[4，5]。

當使用排泥管裝置排出廢漿時，施工人員需要實時監(jiān)控土體內(nèi)部泥漿壓力，以免因為土體內(nèi)部壓力異常而發(fā)生意外。同時，廢棄泥漿可在施工的時送入指定的泥漿池內(nèi)，以保證施工場地的清潔。

圖4 MJS工法樁工藝流程

5 施工難點及分析

(1)常規(guī)工藝施工難度大。由于施工區(qū)域地面土層包括淤泥、粉質(zhì)粘土、粉質(zhì)黏土與粉砂互層、礫卵石和泥質(zhì)細粉砂巖，其土層種類繁雜，強度等參數(shù)不同，因而對常規(guī)施工方式造成較大難度。

(2)施工區(qū)域地下情況復雜。施工區(qū)域位于寧波市市內(nèi)，地下不僅有光纖、電線、排污管道等已有管線設施，還有地鐵線路和建筑等區(qū)域，因而導致該區(qū)域回填土深度厚，地下障礙物多且難以清除。

(3)斜向與正向施工相結合。由于地鐵車站已建成且每日地鐵線路客流量較大，故在加固地鐵車站端頭時應盡量降低施工對社會秩序的影響，加固關鍵部位時應將斜向與正向施工相結合。

6 施工注意事項

(1)漿液配比嚴格控制，專人負責抽查漿液質(zhì)量。

(2)引孔開始必須校平，鉆桿就位后，開始噴射作業(yè)前，檢查氣泡情況，鉆桿與下夾頭之間的情況。

(3)噴漿過程中嚴格控制地內(nèi)壓力，不得超越上下限值，出現(xiàn)異常情況立即采取相應措施。

(4)分段施工噴射管分段提升的搭接長度不得小于200 mm。由于緊急情況出現(xiàn)中斷時，恢復噴漿要將鉆桿下放500 mm作為起始位置，避免出現(xiàn)斷樁。

7 結語

在復雜地質(zhì)條件下，MJS工法展現(xiàn)出了其優(yōu)越性，能夠克服場地凈高等問題。既可以節(jié)省工程成本，縮短工期，又保證了地下工程的安全。MJS工法成樁的質(zhì)量與施工參數(shù)的選擇和施工過程中對施工參數(shù)的控制密切相關，因此正確的控制好施工參數(shù)成為了確保加固質(zhì)量的關鍵。在隧道的盾構應用中，MJS加固多用于盾構機進出洞口范圍加固，保證了盾構機進出洞時土體的可靠的自立性和不透水性。