全方位高壓噴射工法樁施工引起下臥地鐵隧道變形實(shí)測分析

謝宇飏 徐澤 詹崇謙 陳朝陽 陳甦

摘 要：為進(jìn)一步研究全方位高壓噴射（Metro Jet System，MJS）工法的施工影響，結(jié)合蘇州某基坑工程，采用現(xiàn)場實(shí)測的方法分析MJS工法樁加固坑內(nèi)土體施工引起下臥地鐵隧道變形及其規(guī)律。結(jié)果表明：在MJS工法樁施工期間，① MJS工法樁施工范圍內(nèi)的地鐵隧道拱頂、道床和拱腰位移總體為上抬，凈空收斂總體為壓縮，MJS工法樁施工范圍外的相應(yīng)值總體為下沉和拉伸;②地鐵隧道各監(jiān)測斷面的拱頂、道床、拱腰位移及凈空收斂最大值均滿足設(shè)計(jì)要求;③地鐵隧道沿其縱向變形呈“弓形”變化。研究得出采取MJS工法群樁跳打施工，有益于減少坑內(nèi)土體加固對下臥地鐵隧道變形的影響。

關(guān)鍵詞：MJS工法樁;施工;下臥地鐵隧道;實(shí)測;變形

中圖分類號：TU472.6??? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A?? 文章編號：1006-8023（2022）01-0139-06

Analysis on Measured Deformations of Underlying Subway Tunnel

Caused by Omni-directional High Pressure Jet Method Pile

XIE Yuyang1， XU Ze2， ZHAN Chongqian2， CHEN Chaoyang2， CHEN Su1*

（1.School of Rail Transportation， Soochow University， Suzhou 215021， China;

2.The Second Engineering Co.， Ltd. of CTCE Group， Suzhou 215131， China）

Abstract：In order to further study the construction impact of the omni-directional high-pressure jet （Metro Jet System） construction method， based on an excavation project in Suzhou， the deformations of the underlying subway tunnel caused by the construction of MJS soil reinforcement method are measured and analyzed. The results show that： during the construction of MJS method piles， ① generally， the displacements of the vault， bed and haunch of the subway tunnel within the construction scope of MJS pile are upward， and the clearance is compression， whereas the corresponding values outside the construction scope of MJS pile are subsidence and stretching. ② The maximum displacement and clearance convergence of vault， track bed and haunch of each monitoring section of subway tunnel meet the design requirements. ③ The longitudinal deformation of subway tunnel changes in a “bow” shape. The study concludes that the adoption of the MJS construction method for group pile jumping construction is beneficial to reduce the influence of soil reinforcement in the pit on the deformation of the underlying subway tunnel.

Keywords：MJS pile; construction; underlying subway tunnel; measured; deformation

0 引言

全方位高壓噴射（Metro Jet System，MJS）工法是將具有獨(dú)特前端裝置的多孔管設(shè)置到土層的預(yù)定位置后，以高壓流體切割地層，同時噴射硬化材料與土粒強(qiáng)制攪拌混合，并可通過前端裝置測定地層內(nèi)部壓力和調(diào)控排泥閥門大小來控制地層內(nèi)部壓力，以一定的速度外拔多孔管，待硬化材料凝固后在土層中形成固結(jié)體加固土體的施工方法[1-3]。MJS工法具有成樁直徑大、對周邊環(huán)境影響小和可全方位（垂直、水平、傾斜）作業(yè)等特點(diǎn)[4-6]，常用于基坑坑內(nèi)土體加固、止水帷幕和圍護(hù)結(jié)構(gòu)（內(nèi)插型鋼）等[7-10]。

MJS工法是在高壓旋噴法的基礎(chǔ)上發(fā)展而成的，能夠減少施工過程中對周邊環(huán)境的影響，該特點(diǎn)是與傳統(tǒng)高壓旋噴法的重要區(qū)別之一，但MJS工法施工過程對周邊環(huán)境有多大影響，仍需進(jìn)一步分析研究。

趙香山等[11]采用數(shù)值方法模擬了MJS工法樁施工過程對周圍環(huán)境的影響;何擁軍[12]、李興國等[13]、邵晶晶等[14]對原位和非原位MJS工法試樁期間周邊土體深層水平位移、孔隙水壓力和土體分層沉降等進(jìn)行了測試分析;葉輝[15]、徐寶康[16]、葉琪等[17]對MJS工法樁加固土體及形成止水帷幕施工時引起的周邊建（構(gòu)）筑變形進(jìn)行了實(shí)時監(jiān)測分析。但現(xiàn)有的MJS工法樁施工對周邊環(huán)境的影響分析，大都基于單樁或少量工程樁施工。隨著城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的不斷發(fā)展，出現(xiàn)了大量上跨既有地鐵隧道的基坑工程[18-19]，為減少基坑工程施工引起下臥地鐵隧道變形、確保地鐵列車運(yùn)營安全，基坑坑內(nèi)土體常采用MJS工法樁進(jìn)行大面積加固，因此需要進(jìn)一步研究MJS工法樁大面積土體加固施工時對下臥地鐵隧道的變形影響。本文結(jié)合蘇州某基坑工程，對MJS工法樁坑內(nèi)大面積土體加固施工過程中，引起下臥地鐵隧道變形進(jìn)行了全過程監(jiān)測，分析研究了地鐵隧道變形及其規(guī)律。

1 工程概況

蘇州某基坑工程上跨地鐵4號線地下區(qū)間隧道，基坑設(shè)計(jì)長度約36.5 m、寬度約42.2 m、深度約6.2 m，如圖1（a）所示，圖1（a）中實(shí)線為各加固分區(qū)的邊界線。下臥地鐵隧道采用盾構(gòu)法施工，隧道頂埋深約11.1 m、外徑6.2 m、壁厚0.35 m，左、右線中心距14 m、凈距7.8 m。

基坑采用SMW工法樁（850@600三軸攪拌樁，內(nèi)插H700X300X13X24型鋼）+一道鋼筋混凝土支撐的圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式，基坑設(shè)置兩道SMW工法樁分隔墻?？觾?nèi)土體采用MJS工法樁和三軸攪拌樁加固，在地鐵隧道正上方及其上行線東西兩側(cè)、下行線東西兩側(cè)外各1.5 m范圍內(nèi)（含南北向基坑外區(qū)域）采用MJS工法加固，并從地面加固至距地鐵盾構(gòu)隧道頂面1.5 m處;坑內(nèi)其余區(qū)域采用三軸水泥攪拌樁加固，如圖1（b）所示。

坑內(nèi)土體MJS工法樁加固施工，于2019年10月4日開始，至2020年3月24日完成。MJS工法樁按由東向西、由北向南的先后順序進(jìn)行施工，同時在東西向、南北向均采用跳打方式施工（東西向跳1排、南北向跳2根）。

2 監(jiān)測方案

在坑內(nèi)土體MJS工法樁加固施工期間，對下臥地鐵隧道變形進(jìn)行了監(jiān)測。

監(jiān)測內(nèi)容包括：拱頂、道床、拱腰變形以及凈空收斂（拱腰水平向相對變形）。監(jiān)測斷面共計(jì)33個，監(jiān)測斷面布置如圖2所示，圖2中實(shí)線為地鐵隧道輪廓線，其中，GD上（下）（GD上、GD下分別表示上行線、下行線）9—GD上（下）25監(jiān)測斷面間距為3 m，GD上（下）1—GD上（下）9與GD上（下）25—GD上（下）33監(jiān)測斷面間距為6 m。每個斷面設(shè)置5個監(jiān)測點(diǎn)（拱頂1個、拱腰和道床各2個），監(jiān)測斷面測點(diǎn)如圖3所示。

3 監(jiān)測結(jié)果與分析

3.1 監(jiān)測結(jié)果

MJS工法樁施工期間，地鐵隧道上行線各斷面相應(yīng)測點(diǎn)位移隨時間變化如圖4—圖7所示?？紤]到文章篇幅和下行線與上行線監(jiān)測結(jié)果趨勢相同，因此僅給出上行線各斷面拱頂測點(diǎn)10、道床測點(diǎn)7、拱腰測點(diǎn)6豎向位移及凈空收斂監(jiān)測結(jié)果。

3.2 結(jié)果分析

對圖4—圖7隨時間變化曲線進(jìn)行分析，可以得出如下結(jié)論。

（1）在MJS工法樁施工期間，MJS工法樁施工范圍內(nèi)（GD上7—GD上29監(jiān)測斷面）的地鐵隧道拱頂、道床、拱腰豎向位移總體為上抬，施工范圍外（GD上1—GD上7監(jiān)測斷面、GD上29—GD上33監(jiān)測斷面）的地鐵隧道拱頂、道床、拱腰豎向位移則總體為下沉。

（2）在MJS工法樁施工期間，MJS工法樁施工范圍內(nèi)（GD上7—GD上29監(jiān)測斷面）的地鐵隧道凈空收斂總體為壓縮，施工范圍外（GD上1—GD上7監(jiān)測斷面、GD上29—GD上33監(jiān)測斷面）的地鐵隧道凈空收斂則總體為拉伸。

（3）在MJS工法樁施工期間，地鐵隧道各斷面拱頂、道床、拱腰的豎向位移及凈空收斂隨時間增長總體變化不大。

（4）在MJS工法樁施工期間，隧道拱頂測點(diǎn)10最大上抬量為3.58 mm（GD上15監(jiān)測斷面）、最大下沉量為-1.70 mm（GD上31監(jiān)測斷面）;隧道道床測點(diǎn)7最大上抬量為3.96 mm（GD上22監(jiān)測斷面）、最大下沉量為-1.78 mm（GD上33監(jiān)測斷面）;隧道拱腰測點(diǎn)6最大上抬量為3.41 mm（GD上17監(jiān)測斷面）、最大下沉量為-1.60 mm（GD上32監(jiān)測斷面）;隧道凈空最大壓縮為-1.90 mm（GD上17監(jiān)測斷面）、最大拉伸為2.30 mm（GD上1監(jiān)測斷面）;施工引起的隧道各最大變形值均在設(shè)計(jì)要求范圍內(nèi)。

（5）由于MJS工法樁施工時通過高壓流體切割地層，同時又采用獨(dú)特的前端裝置主動排泥（可有效地減小地層內(nèi)部壓力），因此其施工對周邊土層雖有一定的擠壓作用，但總體較小;由于地鐵隧道上方MJS工法樁施工對土層的擾動而施工范圍外的土體并未受到擾動、MJS工法樁強(qiáng)度增長需要一定的時間以及地鐵隧道結(jié)構(gòu)剛度相對較小等原因，因此使得MJS工法大面積土體加固施工時，在MJS工法施工范圍內(nèi)的下臥隧道為上抬變形和凈空壓縮，施工范圍外的下臥隧道為下沉變形和凈空拉伸，地鐵隧道沿其縱向呈“弓形”變化。

4 結(jié)論

（1）MJS工法大面積土體加固施工引起的下臥地鐵隧道變形總體較小，各測點(diǎn)變形值均在設(shè)計(jì)要求范圍內(nèi)。

（2）MJS工法施工期間，MJS工法施工范圍內(nèi)的下臥地鐵隧道為上抬變形和凈空壓縮，施工范圍外的下臥地鐵隧道為下沉變形和凈空拉伸，地鐵隧道沿其縱向變形呈“弓形”變化。

（3）采取MJS工法群樁跳打施工方法，有益于減少對下臥地鐵隧道變形的影響。

【參 考 文 獻(xiàn)】

[1]張帆.二種先進(jìn)的高壓噴射注漿工藝[J].巖土工程學(xué)報(bào)，2010，32（S2）：406-409.

ZHANG F. Two advanced jet grout methods[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering， 2010， 32（S2）： 406-409.

[2]張子新，李佳宇.MJS法地基處理技術(shù)綜述與應(yīng)用[J].土木建筑與環(huán)境工程，2017，39（6）：1-11.

ZHANG Z X， LI J Y. Review and applications of MJS techniques for ground improvement[J]. Journal of Civil and Environmental Engineering， 2017， 39（6）：1-11.

[3]NAKASHIMA S， NAKANISHI W. All-around type reinforcing and consolidating method in the ground and apparatus thereof： US5401121[P]. 1995-03-28.

[4]張志勇，李淑海，孫浩.MJS工法及其在上海某地鐵工程超深地基加固中的應(yīng)用[J].探礦工程（巖土鉆掘工程），2012，39（7）：41-45.

ZHANG Z Y， LI S H， SUN H. MJS engineering method and its application in super deep foundation reinforcement of a metro project in Shanghai[J]. Exploration Engineering （Rock & Soil Drilling and Tunneling）， 2012， 39（7）： 41-45.

[5]仇兆明.RJP工法與MJS工法的比較分析[J].山西建筑，2016，42（3）：54-55.

QIU Z M. On comparative analysis of RJP and MJS construction methods[J]. Shanxi Architecture， 2016， 42（3）： 54-55.

[6]洪成潑.上海軟土地層MJS工法施工及應(yīng)用研究[M].杭州：浙江大學(xué)，2017.

HONG C P. Shanghai soft soil layer MJS construction method construction and application research[M]. Hangzhou： Zhejiang University， 2017.

[7]卞國強(qiáng).軌道交通全方位高壓噴射注漿（MJS）應(yīng)用實(shí)踐研究[J].建井技術(shù)，2018，39（2）：54-57.

BIAN G Q. Study on application and practices of omnibearing high pressure jet grouting （MJS） to rail transportation[J]. Mine Construction Technology， 2018， 39（2）： 54-57.

[8]張晶磊.MJS工法在頂管工作井支護(hù)結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用與研究[J].中國市政工程，2015，24（3）：106-108，122.

ZHANG J L. Application & research on MJS method in supporting structure of pipe jacking work well[J]. China Municipal Engineering， 2015， 24（3）： 106-108， 122.

[9]張?zhí)?長距離上跨軌道交通區(qū)間隧道深基坑的微擾動施工技術(shù)[J].地下工程與隧道，2017，28（1）：26-29，57.

ZHANG T. Micro-disturbed construction technology of long and deep excavation over rail transit tunnel[J]. Underground Engineering and Tunnels， 2017， 28（1）： 26-29， 57.

[10]戴維，劉洋，陳玉發(fā)，等.敏感環(huán)境條件下地鐵停車場橋基施工對下伏高鐵隧道群的擾動效應(yīng)研究[J].公路工程，2020，45（1）：12-17，104.

DAI W， LIU Y， CHEN Y F， et al. Disturbance effect of pile foundation construction in metro parking yard on subjacent high-speed rail tunnel groups under sensitive environment[J]. Highway Engineering， 2020， 45（1）： 12-17， 104.

[11]趙香山，李春濤，王建華.軟土中MJS工法樁施工環(huán)境效應(yīng)的數(shù)值分析[J].地下空間與工程學(xué)報(bào)，2016，12（5）：1315-1319.

ZHAO X S， LI C T， WANG J H. Numerical analysis on the installation effect of MJS pile in soft clay[J]. Chinese Journal of Underground Space and Engineering， 2016， 12（5）： 1315-1319.

[12]何擁軍.全方位高壓旋噴注漿工法的工程試驗(yàn)[J].地下工程與隧道，2010，21（1）：24-28，53.

HE Y J. Engineering test of omni-directional rotary high-pressure jet grouting construction method[J]. Underground Engineering and Tunnels， 2010， 21（1）： 24-28， 53.

[13]李興國，高亮，王凱，等.MJS工法在緊鄰地鐵工程中的應(yīng)用[J].建筑施工，2016，38（2）：131-133.

LI X G， GAO L， WANG K， et al. Application of MJS construction method to engineering adjacent to subway[J]. Building Construction， 2016， 38（2）： 131-133.

[14]邵晶晶，李操，余立新.MJS工法和RJP工法在臨近地鐵車站的應(yīng)用研究[J].施工技術(shù)，2016，45（13）：81-84.

SHAO J J， LI C， YU L X. The application research of MJS method and RJP method used near subway station[J]. Construction Technology， 2016， 45（13）： 81-84.

[15]葉輝.MJS工法在外包井組合式圍護(hù)施工中的應(yīng)用[J].上海建設(shè)科技，2013，25（3）：51-53，75.

YE H. The application of MJS method in the construction of combined enclosure of outsourcing well[J]. Shanghai Construction Science & Technology， 2013， 25（3）： 51-53， 75.

[16]徐寶康.MJS工法在鄰近地鐵車站的深基坑中的工程實(shí)踐[J].建筑施工，2015，37（7）：781-783.

XU B K. Engineering practice on MJS construction method for deep foundation pit close to metro station[J]. Building Construction， 2015， 37（7）： 781-783.

[17]葉琪，王國權(quán)，楊蘭強(qiáng)，等.寧波軟土地區(qū)MJS工法樁施工對臨近既有建筑物的影響分析[J].隧道建設(shè)（中英文），2017，37（11）：1379-1386.

YE Q， WANG G Q， YANG L Q， et al. Analysis of influence of MJS （metro jet system） pile construction on adjacent existing buildings in soft soil area in Ningbo[J]. Tunnel Construction， 2017， 37（11）： 1379-1386.

[18]王二兵，徐良，沈強(qiáng)儒，等.軟土地基條件下的公路工程施工技術(shù)研究[J].公路工程，2020，45（3）：153-156，174.

WANG E B， XU L， SHEN Q R， et al. Study on construction technology of highway engineering under the condition of soft soil foundation[J]. Highway Engineering， 2020， 45（3）： 153-156， 174.

[19]蔣祝金.區(qū)間隧道上方基坑開挖的案例及保護(hù)措施[J].低溫建筑技術(shù)，2019，41（4）：114-116.

JIANG Z J. Cases and protection measures of foundation pit excavation above subway tunnel[J]. Low Temperature Architecture Technology， 2019， 41（4）： 114-116.