水平MJS在地下通道中的施工應(yīng)用

陳瀲

（中鐵三局集團(tuán)有限公司，山西 太原 030001）

全方位高壓旋噴MJS（Metro Jet System）是一種新型微擾動(dòng)高壓噴射注漿工藝，具有對環(huán)境擾動(dòng)小、截面形狀可變、可傾斜或水平施工的特點(diǎn)[1-2]，可用于各類復(fù)雜條件下的地基加固及帷幕止水等[3-6]。

目前國內(nèi)水平MJS應(yīng)用尚不多見，僅5例左右[7-9]，該工藝的應(yīng)用還有待于進(jìn)一步研究和總結(jié)。

1 水平MJS特點(diǎn)

與垂直MJS相比，水平MJS具有以下特點(diǎn)。

1.1 需設(shè)置止?jié){閥門

為防止?jié){液從水平樁孔口外溢，水平MJS必須設(shè)置止?jié){閥門阻止引孔及噴漿過程中的漿液流失。

1.2 引孔方式不同

垂直MJS可采用各類地質(zhì)鉆機(jī)等進(jìn)行引孔，引孔后可根據(jù)地層的情況必要時(shí)采用泥漿護(hù)壁或增設(shè)部分護(hù)壁套管進(jìn)行護(hù)壁。而水平MJS則需要考慮引孔后孔壁中泥漿的充填作用，盡管采用止?jié){閥門也無法保障在地質(zhì)鉆機(jī)鉆桿回抽和水平MJS鉆機(jī)鉆入交錯(cuò)作業(yè)時(shí)不產(chǎn)生漿液流失導(dǎo)致孔壁坍塌，因此水平MJS需在安裝止?jié){閥門后從止?jié){閥門中心穿越后利用自身鉆桿進(jìn)行引孔。

1.3 成樁截面受限

垂直MJS可在5°～360°間任意設(shè)定噴射角度形成不同截面的樁體。但水平MJS漿液受重力影響，易向下沉積。因此水平MJS大部分僅適合設(shè)計(jì)成下半圓弧截面的樁型。設(shè)計(jì)成全圓樁時(shí)，樁徑不宜大于1.5 m。

1.4 平直度偏差要求高

水平MJS樁體平直度偏差過大極易影響樁體搭接質(zhì)量，并且可能會(huì)影響樁體上、下方需受加固保護(hù)的對象，因此需高精度控制水平MJS平直度偏差。

2 水平MJS施工工藝

MJS水平地基加固樁基本施工流程為：金剛鉆機(jī)切割、穿透圍護(hù)結(jié)構(gòu)→安裝止?jié){閥門→MJS樁機(jī)就位，安裝鉆桿進(jìn)行引孔→回抽鉆桿、噴射成樁。

常規(guī)止?jié){閥門一般由3部分組成，其中第一部分為焊接固定在圍護(hù)結(jié)構(gòu)上的外側(cè)法蘭盤，主要用于提供固定整個(gè)密封裝置基礎(chǔ)的作用；第二部分為密封裝置標(biāo)準(zhǔn)段，標(biāo)準(zhǔn)段內(nèi)設(shè)芳綸盤根，芳綸盤根內(nèi)抹潤滑劑，主要起到保護(hù)和密封鉆桿的作用，標(biāo)準(zhǔn)段一般設(shè)置2節(jié)；第三部分為控壓閥門，控壓閥門主要由插板閥和泄壓閥門組成，起到控制地基內(nèi)壓力和壓力釋放效果。具體使用時(shí)根據(jù)地內(nèi)壓力監(jiān)控和閥門上的壓力表讀數(shù)，通過手動(dòng)調(diào)整插板閥或泄壓閥的開閉幅度，起到提高或降低地內(nèi)壓力的作用。

水平MJS施工過程應(yīng)保持良好的施工精度。施工過程中地層的性質(zhì)會(huì)影響到成孔姿態(tài)，尤其在砂層施工過程中鉆桿姿態(tài)變化幅度較大，因此主機(jī)操作手必須及時(shí)對鉆桿姿態(tài)進(jìn)行測斜工序，以掌握成孔姿態(tài)，水平成孔需要以每鉆桿進(jìn)尺1.5 m的頻率進(jìn)行平直度測量，并利用糾偏鉆頭及時(shí)糾偏。測量時(shí)關(guān)閉設(shè)備排泥閥門，用倒吸水和倒吸空氣清洗干凈排泥孔，從排泥口處插入LED發(fā)光裝置，根據(jù)從管口可見發(fā)光體的LED燈的數(shù)量，得出成孔的水平偏差量。

糾偏一般采用在鉆桿端頭安裝糾偏鉆頭的方法，通過糾偏鉆頭定向地噴射高壓水將偏斜方向的土體進(jìn)行切削形成符合平直度要求的孔，再重新進(jìn)行引孔。

施工完下排水平MJS樁后，采用頂升平臺(tái)將鉆機(jī)進(jìn)行頂升，并進(jìn)行下一排水平MJS樁的施工作用。

3 工程概況

新建南京地鐵7號線中勝站暗挖下穿10號線中勝站，下穿凈距僅0.6 m。

下穿通道長度為21.4～27 m。暗挖工藝采用雙洞同步下穿，高度為7.813 m，寬度為8.95 m。洞底及兩洞間、兩側(cè)采用水平MJS加固，形成“山”字形加固體。7號線中勝站下穿暗挖段橫斷面如圖1所示。

圖1 7號線中勝站下穿暗挖段橫斷面圖

下穿段主要土層為②-3b淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土和②-3d粉砂夾粉土，坑底土層為②-4d中密粉細(xì)砂。下穿通道穿越主要土層為②-3b淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土和②-3d粉砂夾粉土，下伏②-4d中密粉細(xì)砂。相應(yīng)土層主要物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)如表1所示。

表1 土層特性表

4 加固體設(shè)計(jì)

分別按全圓Φ1 500 mm、半圓Φ2 400 mm和半圓Φ2 600 mm進(jìn)行加固體設(shè)計(jì)。各樁型加固樁位布設(shè)分別如圖2～圖4所示。

圖2 全圓Φ1 500 mm加固體截面圖

圖3 半圓Φ2 400 mm加固體截面圖

圖4 半圓Φ2 600 mm加固體截面圖

上述樁型設(shè)計(jì)參數(shù)對比如表2所示（不含頂部8根全圓Φ1 500 mm樁）。

表2 各加固樁型設(shè)計(jì)參數(shù)對比表

由圖2～圖4可知，采用3種樁型的布樁方案，均可加固范圍，均覆蓋了設(shè)計(jì)加固體范圍。綜合對比，采用Φ2 400 mm半圓樁材料浪費(fèi)較多。采用Φ1 500 mm全圓與Φ2 600 mm半圓加固總面積相當(dāng)，但樁數(shù)明顯多于Φ2 600 mm半圓且施工難度較大，最終選擇采用Φ2 600 mm半圓的加固方式。

5 實(shí)施結(jié)果

主要施工參數(shù)如下：泥漿流量為80～85 L/min，泥漿壓力為40 MPa，空氣流量為0.8～0.9 L/min，空氣壓力為1.0 MPa，步距回抽時(shí)間為35～60 s；回轉(zhuǎn)速度為3.2 r/min，倒吸水流量為35～38 L/min，倒吸水壓力為5～10 MPa，地內(nèi)壓力為0.18～0.25 MPa。

施工完成28 d后進(jìn)行取芯，在成樁范圍垂直取芯進(jìn)行分析。分別取全圓樁2根，在樁長中段部位取芯1孔，半圓樁2根，在不同水泥摻量的分節(jié)中段部位各取芯1孔。取芯深度如表3所示。

表3 試樁設(shè)計(jì)取芯深度表

取芯后芯樣長度及換算樁徑如表4所示。

表4 芯樣長度及換算樁徑

芯樣圖片如圖5所示。

圖5 部分芯樣圖片

對比不同土層中的成樁樁徑，從表4可知，在淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土地層中成樁直徑略大于砂性土中成樁直徑?？傮w而言成樁直徑都接近或大于設(shè)計(jì)樁徑，且水泥摻量越大時(shí)，成樁樁徑越大。

對比取得的芯樣強(qiáng)度，如表5和表6所示。

表5 全圓樁試樁水泥芯樣強(qiáng)度表

表6 半圓樁試樁水泥芯樣強(qiáng)度表

從表5和表6可以看出：全圓樁采取45%水泥用量施工，加固強(qiáng)度均可大于3 MPa，芯樣完整，砂層中試件強(qiáng)度高于位于黏土層的試件；半圓樁采取50%水泥用量施工，加固強(qiáng)度基本在3 MPa以上，芯樣完整度最佳，優(yōu)于其他水泥用量施工結(jié)果。

6 結(jié)論

水平MJS是城市更新中既有建構(gòu)筑物下空間開發(fā)中重要的保障措施[5]。本文通過介紹水平MJS的特點(diǎn)和施工工藝，以南京地鐵7號線中勝站下穿通道為例，介紹了水平MJS的設(shè)計(jì)和施工。根據(jù)實(shí)施結(jié)果，主要取得以下結(jié)論：①水平MJS在淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土中成樁直徑略大于砂性土中成樁直徑，但砂性土層中樁體強(qiáng)度高于黏土層中樁體強(qiáng)度，大部分芯樣強(qiáng)度可達(dá)3.0 MPa以上；②成樁直徑與水泥摻量存在關(guān)系，水泥摻量越大，成樁直徑越大；③考慮到半圓樁采用50%水泥摻量施工時(shí)樁徑略有不足，實(shí)際施工時(shí)主空氣壓力需進(jìn)一步提高并增大流量，可滿足設(shè)計(jì)要求。