MJS工法在上跨既有隧道基坑工程中的應(yīng)用

薛清濤

摘?要：某明挖地鐵車站出入口基坑位于既有盾構(gòu)區(qū)間正上方且鄰近年嘉湖，部分基底處于地下水豐富的砂卵石層與泥質(zhì)粉砂巖交界處，用MJS工法對上跨段基坑內(nèi)和基坑外土體進行了加固?，F(xiàn)場經(jīng)過試樁，獲取了正確的施工參數(shù)，取得了很好的加固和止水效果，上跨段基坑實現(xiàn)了分段垂直開挖，減小了既有盾構(gòu)隧道的上浮，加快了基坑施工速度，值得類似工程借鑒參考。

關(guān)鍵詞：基坑;MJS工法樁;試樁;上跨既有隧道;加固止水

文章編號：2095-4085（2020）08-0109-04

目前，常用的基坑加固及止水方式有凍結(jié)法、深層攪拌樁、高壓旋噴樁、袖閥管注漿、WSS注漿等方法，這些土體加固方法都有一個共同的特點如后。施工過程中地內(nèi)壓力不可控，容易造成地面隆起、地表開裂等，影響周圍建（構(gòu)）筑物、地下管線設(shè)施的正常使用，甚至產(chǎn)生較為嚴重的破壞[1]。本工程地鐵出入口基坑正下方為已鋪軌試運行的盾構(gòu)隧道，基坑開挖過程需采取措施防止區(qū)間隧道上浮及選取切實有效的止水方式防止樁間滲漏，提高基坑施工速度。

MJS工法是在原來高壓噴射注漿工藝基礎(chǔ)上，采用獨特的多孔管和強制排泥裝置，實現(xiàn)了泥漿強制排放和地內(nèi)壓力監(jiān)測，不僅成樁直徑大、質(zhì)量好，還能減少對周邊環(huán)境的影響。

本文通過介紹MJS工法在該基坑工程中的應(yīng)用經(jīng)驗，希望此工法能在類似工程施工及設(shè)計中得到更廣泛的應(yīng)用。

1?工程概況

長沙地鐵3號線烈士公園東站主體結(jié)構(gòu)已施工完成并恢復路面，4號出入口位于車站主體結(jié)構(gòu)西南角，基坑平面形狀呈L型，采用明挖法施工，設(shè)置一道混凝土支撐，兩道鋼支撐。基坑接主體一側(cè)與既有盾構(gòu)隧道位置平行，基坑上跨長度23m，盾構(gòu)區(qū)間管片外徑3000mm，厚度50cm，管片頂部距離基底1.8～2.2m，4號出入口平面位置見圖1。

原設(shè)計工況為完成出入口結(jié)構(gòu)施工后再進行盾構(gòu)施工，但受4號出入口管線遷改影響，盾構(gòu)區(qū)間貫通后才進行區(qū)間上部圍護樁施工，隧道區(qū)間鋪軌完成并進行試運行后尚未開始基坑開挖。

出入口與隧道位置關(guān)系MIB模型見圖2。

1.1?地質(zhì)水文情況

開挖范圍地層依次為①雜填土，厚度4.5m～6.7m;②淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，深度2.2～6.2m;③粉質(zhì)黏土，最大厚度6.6m;④細砂、圓礫，平均厚度1.8m;⑤殘積質(zhì)粉質(zhì)黏土，厚度0.5m;⑥強風化泥質(zhì)粉砂巖。富水地層為砂卵石與泥質(zhì)粉砂巖軟硬交界處。

1.2?周邊環(huán)境

基坑北側(cè)為12層的冰火樓小高層建筑，地下室一層，埋深4～5m，離基坑最近距離3m;南側(cè)為晚報大道，離基坑最近距離1 m;西側(cè)為年嘉湖，離基坑最近距離200m。基坑外管線：6根10kV電力線、1根DN400自來水、1根DN1500的污水管。

2?工程重難點分析

（1）基坑鄰近年嘉湖，開挖后存在水系連通的可能。確保砂卵石層與泥質(zhì)粉砂巖軟硬交接處不發(fā)生滲漏，保證基坑開挖及結(jié)構(gòu)施工速度是本工程的重點。

（2）盾構(gòu)區(qū)間提前完成，造成工況改變，導致隧道上方圍護樁嵌固深度不足，將引起圍護樁踢腳穩(wěn)定性不足，如何提高基坑內(nèi)被動區(qū)土體反力至關(guān)重要。

（3）因盾構(gòu)區(qū)間正上方覆土厚度較?。?.8～2.2m），基坑開挖后圍護樁受力變形傳給盾構(gòu)隧道的水平附加應(yīng)力，加上隧道頂部基坑開挖卸載作用，將可能造成盾構(gòu)隧道向中間擠壓變形，如何采取措施防止隧道上浮是重中之重。

綜上所述，基坑開挖前必須采取行之有效的方法，保證基坑加固及樁間止水效果。

3?MJS工法的具體應(yīng)用

3.1?必要性分析

本工程施工選擇MJS工法的主要原因有以下幾個方面。

（1）根據(jù)東側(cè)附屬基坑開挖的暴露情況，雙管旋噴樁和三管旋噴樁在砂卵石層與泥質(zhì)粉砂巖交界處止水效果較差，達不到預期的止水效果，造成基坑開挖、清底難度非常大，降低了工效。

（2）根據(jù)現(xiàn)場實際，場地較小，不適用于三軸攪拌樁等體積較大的設(shè)備進行施工，MJS工法設(shè)備小，對施工區(qū)域需求不大。

（3）MJS工法有強制排泥裝置，地內(nèi)壓可控，不僅可以減少對盾構(gòu)管片的影響而且成樁直徑大加固效果好，加固體強度高，能夠有效增加被動區(qū)土壓力。如圖3所示。

（4）MJS工法施工自動化程度高，施工參數(shù)均可以可以提前設(shè)定，能夠減少勞動強度和人為原因帶來的質(zhì)量問題[2]。

3.2?MJS工法主要原理

MJS工法采用多孔鉆桿和帶有強制排泥裝置的鉆頭。鉆桿中心有專用的排泥通道，由于倒吸水流的作用，使排泥口的內(nèi)部與外部形成壓力差，外面的泥漿被強制吸入，垂直向上的空氣流和水流壓力推動泥漿排至地面。如圖4～圖5所示。

另外，在MJS鉆頭的圓形噴口周圍有一個環(huán)形的空氣噴射環(huán)，在水泥漿射流的周圍形成了空氣保護膜，這種噴射方法用在土體或液體介質(zhì)中噴射時，可減少噴射壓力的衰減，使之盡可能接近在空氣中噴射時的壓力衰減率，從而擴大噴射半徑。

3.3?設(shè)計概況及參數(shù)要求

MJS工法樁設(shè)計樁徑2m，中心間距1.2m，基坑內(nèi)上跨隧道范圍共布置131根樁，基坑內(nèi)加固范圍為基底以下1m，基底以上3m，有效樁長4m?；油夤膊贾弥顾畼?9根，止水樁底部深入巖層以下0.5m，頂設(shè)部加固至砂層以上0.5m，有效樁長2.5～4.0m。另外，為防止出入口斜坡段開挖時滲漏水，基坑內(nèi)設(shè)置4根封端樁，封端樁加固范圍同樁外止水樁。

設(shè)計要求：注漿壓力≤40MPa，空氣壓力0.7MPa，地內(nèi)壓制范圍0.1～0.3MPa，水灰比1 ∶1，水泥漿用量2m3/m，提升速度15min/m，鉆桿旋轉(zhuǎn)速度4r/min，漿液流量85L～100L/min。

3.4?主要施工流程

（1）引孔?本MJS主機不具備引孔功能，采用專用鉆機引孔，鉆孔直徑≥200mm，基坑內(nèi)加固時，遇到支撐位置對樁位進行局部調(diào)整，保證孔位偏差不超過20mm。由于噴漿孔高于鉆桿底部50cm，成孔深度要比設(shè)計實樁樁底標高深50m，同時嚴控成孔底標高，防止對盾構(gòu)管片的損害。

（2）護壁?根據(jù)現(xiàn)場實際，地層中含有淤泥層及砂卵石層，成孔過程中容易塌孔，現(xiàn)場使用膨潤土進行造漿，利用鉆機的循環(huán)泥漿功能有效的防止孔壁坍塌。

（3）下放鉆桿?引孔鉆機移除后，使用吊車將MJS主機吊裝對準孔位，利用主機自身調(diào)平功能進行調(diào)平。主機支腿底部務(wù)必保證地基堅實，主機下部可以鋪設(shè)強度較高的路基板作為支撐。鉆桿下放困難時需重新引孔或打開切削水鉆進，嚴禁使用主機液壓系統(tǒng)強制將鉆桿壓入。

（4）參數(shù)設(shè)置?鉆桿下放到設(shè)計位置后，開始校零，使表盤“0”刻度、高壓噴嘴、鉆桿上豎線標識處于同一條直線，然后設(shè)定好提升速度、回轉(zhuǎn)次數(shù)、噴射角度等開始噴漿作業(yè)。

（5）噴漿提升?噴頭到達預定深度后，先開倒吸氣和倒吸水，確認強制排漿正常時，開啟高壓水泥泵并逐步增壓，直到達到指定壓力才可開始提升。

（6）鉆桿拆卸、鉆機移位?成樁深度較深的時候，鉆桿需要隨提升（一般不超過4.5m）隨拆解，鉆桿拆解過程中需要注意檢查密封圈的完成性，鉆桿拆解后必須及時用清水沖洗防止鉆桿堵塞。本工程加固深度較淺，可以在單樁施工完成后再進行鉆桿拆解。

3.5?主要材料及設(shè)備

MJS工法采用42.5級散裝普通硅酸鹽水泥，水泥漿攪拌用水為自來水，自來水流量需滿足現(xiàn)場施工要求，現(xiàn)場接入流量>25m3/h。

設(shè)備配置詳見表1。

3.6?試樁施工及施工參數(shù)確定

根據(jù)場地實際情況，選取基坑內(nèi)22#樁（360°噴射）和基坑外06#樁（180°噴射）進行試樁，試樁位置見圖6。試驗樁施工參數(shù)：提升速度2～2.5cm/min，注漿壓力38～40MPa，水灰比1 ∶1，漿液流量88L～91L/min，主空氣壓力0.8～1.0MPa，倒吸水壓力20MPa。

試樁完成15d后，為檢驗試驗樁的施工質(zhì)量情況，分別對基坑外06#樁、基坑內(nèi)10#樁進行了抽芯檢測取樣。抽樣位置分別為離樁位中心600mm、1200mm。根據(jù)現(xiàn)場實際抽樣結(jié)果分析，MJS工法樁在試驗樁的施工參數(shù)下進行施工擴散直徑至少可達2.4m，尤其在砂卵石層中水泥與砂子及卵石凝結(jié)效果更好，芯樣強度更高，試驗樁施工15d后的芯樣如圖6所示。

3.7?現(xiàn)場問題及解決措施

（1）廢漿處理。MJS工法排泥量大，實樁范圍內(nèi)的土體被水泥漿1 ∶1置換并強制排出，高峰時段現(xiàn)場配置了2臺MJS設(shè)備進行施工，設(shè)備排泥量可達20m3/h，廢棄泥漿稠度很大，自然沉淀耗時長，廢漿不能直接排入市政管道。長沙地區(qū)白天泥漿無法外運，只能趁晴天夜間外運，大量廢漿泥漿不僅影響了施工進度還占用了寶貴的施工場地。

現(xiàn)場采用了絮凝劑沉淀和生石灰固化結(jié)合處理法。泥漿水中加入陰離子懸浮劑-聚丙烯酰胺（PAM），利用施工機械或泥漿泵循環(huán)使PAM與泥漿水充分混合。由于泥漿水是一種水中含有一定量的微細泥顆粒的懸浮液體，高分子絮凝劑是一類水溶性的高聚物，將其與泥漿水混合時，由于絮凝劑具有架橋、網(wǎng)捕、吸附和電性中和等功能，可以破壞泥漿水的穩(wěn)定性，使泥顆粒從水中迅速凝聚、沉降，從而達到泥水分離效果，泥漿沉淀后上層清液可以直接排放[3]。

上層清液抽排后，將生石灰拌入泥漿中，在挖機的強制攪拌作用下使泥漿快速失水固化，達到直接裝車外運的目的。

（2）周邊環(huán)境保護。項目屬長沙市重點項目，出入口位置位于車站北路與晚報大道交叉口且周邊均為高檔小區(qū)，出入口上跨盾構(gòu)隧道施工風險大，項目受關(guān)注度、文明施工要求高，針對上述情況采取如下措施。

①嚴格按照MJS試樁得到施工參數(shù)進行施工，尤其注重地內(nèi)壓力的控制，防止地內(nèi)壓過大造成地表隆起，管線變形。

②布設(shè)噴淋管道、霧炮機等除塵降塵設(shè)備并保持噴漿時開啟狀態(tài)，尤其在水泥罐自動加注水泥，泥漿加生石灰攪拌進行處理時有效控制了現(xiàn)場揚塵。

③在現(xiàn)場發(fā)電機煙囪及散熱口處設(shè)置了降噪裝置，夜間22：00以后停止施工，防止噪音擾民。

④加強周邊管線、既有隧道、建筑物的監(jiān)測。專門針對下方隧道采用了智能化監(jiān)測手段，在基坑正下方的隧道內(nèi)布設(shè)了拱頂、道床、拱腰等變形監(jiān)測點，利用智能化監(jiān)測手段安全方便的實現(xiàn)了對隧道的24h監(jiān)測。

（3）噴漿串孔。MJS成樁直徑大，噴漿時易發(fā)生串孔。噴漿串孔一是影響上個樁位的成樁質(zhì)量，二是串孔施工使孔位堵塞，MJS主機鉆桿無法順利下放到位，需要二次引孔。為避免這種情況，現(xiàn)場引孔按照隔一引一或隔二引一，防止串孔發(fā)生。

4?實施效果

根據(jù)4號出入口基坑開挖階段現(xiàn)場揭示的情況，上跨段范圍采用MJS工法加固效果很好，各樁體相互嵌固，強度較高（28d抽芯單軸無側(cè)限抗壓強度3MPa，滿足設(shè)計不小于1.5MPa的要求），單純挖掘機開挖困難，需要炮機破碎后再開挖;同時，樁外止水效果較好，基底無較大滲漏點。上跨段基坑順利實現(xiàn)了垂直開挖、留土壓重、分段進行結(jié)構(gòu)施工的目的。根據(jù)第三方監(jiān)測數(shù)據(jù)，隧道累計最大上浮2.5mm，小于《城市軌道交通結(jié)構(gòu)安全保護技術(shù)規(guī)范》（CJJ/T 202—2013）中的預警值10mm及控制值20mm。

5?結(jié)?論

在缺乏上跨既有盾構(gòu)隧道出入口基坑施工經(jīng)驗的情況下，采用MJS工法對基坑內(nèi)進行加固和樁外止水取得了預期效果，雖然MJS工法樁費用較傳統(tǒng)旋噴樁價格較高，但取得了良好的加固效果，減小了隧道上浮，順序完成了上跨段出入口基坑及結(jié)構(gòu)施工，贏得了監(jiān)理和業(yè)主單位的認可。

參考文獻：

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[3]徐寶康.MJS工法在鄰近地鐵車站的深基坑中的工程實踐[J].建筑施工，2015，（07）：781-783.