中心城區(qū)近地鐵頂管井洞口全方位高壓噴射工法加固技術(shù)應(yīng)用

侯森

[上海公路橋梁（集團(tuán)）有限公司，上海市 200433]

0 引言

非開挖管道施工技術(shù)廣泛應(yīng)用于城市給排水、電力管線等市政工程領(lǐng)域，而頂管法施工是其中最重要的方式之一，具有環(huán)境影響小、相對造價低、穿越復(fù)雜地層適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)。隨著城市建設(shè)的不斷發(fā)展，對于頂管工藝的需求日益增大，而頂管工作井的設(shè)計也向著“深”、“大”方向不斷發(fā)展，復(fù)雜的施工環(huán)境致使工程難度不斷增大[1]。

全方位高壓噴射工法（Metro Jet System，MJS）是由傳統(tǒng)旋噴樁技術(shù)改進(jìn)、演變而來，其核心技術(shù)是主動排泥和孔內(nèi)壓力監(jiān)測，施工更加靈活、加固強(qiáng)度更高，能最大限度地降低對周邊土體和建（構(gòu)）筑物的影響，對周邊環(huán)境具有更好的控制和保護(hù)效果。本文從工程實(shí)際出發(fā)，詳細(xì)介紹了MJS工法在近地鐵頂管工作井支護(hù)結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用。

1 工程概況

上海市靈石路（共和新路-滬太路）電力電纜隧道工程位于靈石路沿線，隧道全長約2 660 m，內(nèi)徑3.5 m，頂管法施工。沿線共設(shè)置5座頂管井，其中4#~5#段需下穿上海地鐵1號線及共和新路高架，全長263.1 m。4#頂管井位于靈石路共和新路西側(cè)靈石路非機(jī)動車道中央，內(nèi)徑10 m，外徑12 m，采用地下連續(xù)墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)，鋼筋籠整體一次成型吊裝入槽，鋼筋混凝土圍檁支撐明挖順作法施工；地下連續(xù)墻分7幅施工，厚度為1 m。4#頂管井與地鐵位置關(guān)系示意圖見圖1。4#頂管井緊鄰地鐵1號線，井邊緣距隧道結(jié)構(gòu)外邊線35.0 m，東側(cè)過渡井外緣距地鐵隧道結(jié)構(gòu)僅29.3 m。

圖1 4#頂管井與地鐵位置關(guān)系示意圖（單位：m）

1.1 工程地質(zhì)情況

4#頂管井場地內(nèi)涉及地基土層類型及其力學(xué)參數(shù)見表1。其中，基坑開挖土層涉及的③、④和⑤1層為軟黏土，強(qiáng)度低，滲透性低，含水量高，壓縮性高，靈敏度高，具觸變性和流變性，開挖揭露時易發(fā)生坍塌并產(chǎn)生較大的回彈變形。

表1 地基土層類型及力學(xué)參數(shù)

由勘察成果顯示，場地地下潛水位埋深為1.15～2.60 m（標(biāo)高1.11～3.77 m），受潮汐、降水量、季節(jié)、氣候等因素影響而變化，工程設(shè)計地下水位按-0.5 m計算。

1.2 工程重點(diǎn)難點(diǎn)

（1）接收井緊鄰運(yùn)行中的地鐵1號線，地下連續(xù)墻接縫止水加固長度為38 m，涉及土層較多，存在不可預(yù)見的風(fēng)險，且地鐵運(yùn)營單位要求施工期間總沉降量不大于5 mm，對施工沉降控制要求極高。

（2）項(xiàng)目位于市區(qū)，施工場地內(nèi)地下管線復(fù)雜，涉及權(quán)屬單位較多，管線搬遷工作量大，搬遷耗時較長，且搬遷空間有限，管線搬遷后仍存在于施工影響范圍內(nèi)。

（3）場地南側(cè)緊鄰住宅小區(qū)，土體加固和基坑開挖期間可能引起周邊建（構(gòu)）筑物的側(cè)向變形。

2 施工區(qū)域及方案設(shè)計

原設(shè)計地下連續(xù)墻接縫止水采用φ800@600高壓旋噴樁止水，每個接縫3根止水樁，呈梅花狀分布，加固至地下連續(xù)墻底部，水泥摻量25%，7個地下連續(xù)墻接縫累計共21根止水樁。頂管進(jìn)出洞口加固為φ800@600高壓旋噴樁，深度為10.14 m，頂管上部及下部各加固深度3 m（頂管外徑4.14 m），加固寬度10.14 m，延頂管軸線方向水平加固長度5 m，呈圓弧樁布置，水泥摻量25%。

原設(shè)計高壓旋噴樁加固示意圖見圖2。

圖2 原設(shè)計高壓旋噴樁加固示意圖（單位：mm）

由于本項(xiàng)目4#洞口加固距地鐵1號線過近，且地下連續(xù)墻接縫止水施工涉及土層較多，特別是存在承壓水及微承壓水土層，因此存在不可預(yù)見的風(fēng)險。另外，施工范圍內(nèi)隧道區(qū)間運(yùn)行時間較長，區(qū)間上行線累計最大沉降量為-40.22 mm，下行線累計最大沉降量為-29.33 mm；上行線累計最大收斂66 mm，下行線累計最大收斂73 mm，且地鐵運(yùn)營單位對施工沉降控制要求極高。施工期間地鐵隧道結(jié)構(gòu)保護(hù)要求見表2。

表2 施工期間地鐵隧道結(jié)構(gòu)保護(hù)要求

此外，由于高壓噴射注漿法產(chǎn)生的泥漿只能被動排除，高達(dá)80%[2]的孔內(nèi)泥漿會被擠壓排至地面，污染較為嚴(yán)重。且施工時無法控制地內(nèi)泥漿壓力，極易造成地內(nèi)壓力波動，從而導(dǎo)致地面隆起。

為減少施工對地層的擾動，確保對地鐵1號線的保護(hù)，擬將地下連續(xù)墻接縫止水樁及洞口加固的高壓噴射注漿法改為MJS施工。

3 MJS技術(shù)及施工工藝

3.1 MJ S工藝原理

MJS的施工原理與高壓噴射注漿法基本相同。加固材料以高壓流體的形式從噴射口射出，伴隨著導(dǎo)管在設(shè)定高度內(nèi)不斷旋轉(zhuǎn)提升，從而形成具有一定強(qiáng)度的加固土體[3]。其核心技術(shù)是使用前段施工裝置探測地內(nèi)壓力并傳至控制中心，從而調(diào)節(jié)主動排泥系統(tǒng)吸走多余泥漿，保持孔內(nèi)壓力為某個恒定值（見圖3）。如此可大大降低施工中形成的廢棄漿液對周邊輻射范圍內(nèi)環(huán)境的影響，確保成樁質(zhì)量[4]。

圖3 MJ S工作原理

與傳統(tǒng)的高壓旋噴單管法、雙管法及三重管法技術(shù)不同，MJS工法采用獨(dú)特的多孔管技術(shù)。MJS多孔管鉆桿內(nèi)部除連接孔外，有多達(dá)11個孔用于供應(yīng)空氣、水、硬化材料以及排漿（見圖4）。

圖4 MJ S多孔管

3.2 施工范圍及參數(shù)控制

地下連續(xù)墻接縫止水樁及頂管洞口處加固均采用φ2400MJS樁，其中頂管洞口處MJS樁間搭接800 mm。MJS加固形式示意圖及相關(guān)施工參數(shù)見圖5、表3。

圖5 MJ S加固形式示意圖

表3 MJ S相關(guān)施工參數(shù)

新地下連續(xù)墻接縫止水樁長36.5 m，樁頂高程3.70 m，樁底高程-32.8 m，地下連續(xù)墻接縫止水樁由原設(shè)計3根梅花狀樁改為1根；頂管進(jìn)出洞口加固樁長10.14 m，樁頂高程-8.18 m，樁底高程-18.32 m。

3.2.1 施工準(zhǔn)備

施工前做好工程放樣，根據(jù)施工圖紙在現(xiàn)場確定軸線和孔位；對施工人員進(jìn)行技術(shù)交底與安全教育；相關(guān)材料（水泥桶倉、泥漿池、水泥）應(yīng)滿足施工要求等。

3.2.2 施工流程

樁位放樣裝機(jī)就位后導(dǎo)孔施工，對接鉆桿和鉆頭；動力頭360°轉(zhuǎn)動，將鉆桿鉆入土體，達(dá)到預(yù)定高度后開啟回流氣和回流高壓泵；打開排泥閥門，開啟高壓水泥漿泵和主空壓機(jī)，當(dāng)?shù)撞繃姖{不少于2 min后提升鉆桿和注漿管至設(shè)計頂標(biāo)高（密切監(jiān)測地內(nèi)壓力），清洗管路；噴漿結(jié)束，移機(jī)。

進(jìn)行MJS工法施工時，必須全程加強(qiáng)對現(xiàn)場及周邊環(huán)境的監(jiān)測，指導(dǎo)施工。

3.2.3 質(zhì)量保證措施

（1）做好施工過程中的質(zhì)量管理與相關(guān)參數(shù)記錄，對每一道工序?qū)嵤╅]環(huán)的工作控制。

（2）樁身垂直度是檢驗(yàn)成樁效果的重要參數(shù)，需控制每個孔位誤差不大于50 mm，鉆桿垂直度誤差不大于1%。

（3）施工前對設(shè)備進(jìn)行檢修保養(yǎng)，盡量防止中段施工的現(xiàn)象發(fā)生。如發(fā)生噴漿中斷，再次復(fù)噴時應(yīng)將鉆桿下放至中斷高度下500 mm，以防止出現(xiàn)斷樁。

（4）配漿參數(shù)應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計要求進(jìn)行，派專人每日檢查漿液質(zhì)量。

（5）為保證成樁質(zhì)量，應(yīng)進(jìn)行跳樁施工，保證單樁成樁時間不小于24 h。

（6）施工過程中對地內(nèi)壓力進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，根據(jù)施工情況及時調(diào)整地內(nèi)壓力設(shè)置系數(shù)。施工過程中發(fā)現(xiàn)冒漿、不反漿等不正常情況時，應(yīng)暫停施工，待調(diào)整至正常情況后，方可繼續(xù)施工。

3.2.4 施工效果

（1）MJS施工期地面沉降監(jiān)測：本工程MJS施工以頂管井西側(cè)樁位為試驗(yàn)段，施工前在井位西側(cè)設(shè)置3排沉降監(jiān)測點(diǎn)，每排設(shè)置2處，間隔5 m，共計6處沉降監(jiān)測點(diǎn)位。沉降監(jiān)測點(diǎn)位布置圖見圖6。

圖6 沉降監(jiān)測點(diǎn)位布置圖

MJS施工期間頂管井西側(cè)地層沉降量變化見圖7。由圖7可知，至井位西側(cè)MJS施工完成，6處沉降監(jiān)測點(diǎn)累計最大隆起量為1.03 mm（T3點(diǎn)），累計最小隆起量為0.38 mm（T6點(diǎn)）。由此可見，MJS施工對周邊地層影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于地鐵周邊監(jiān)測控制值，處于安全可控范圍內(nèi)。

圖7 MJ S施工期間頂管井西側(cè)地層沉降量變化

（2）洞口探孔監(jiān)測：本工程頂管井采用地下連續(xù)墻工藝，頂管進(jìn)洞前需打設(shè)探孔來判定洞口土體加固質(zhì)量與滲漏情況。打設(shè)探孔示意圖見圖8。如圖8所示，在洞門沿十字方向按順序先鑿除5個直徑5 cm的探孔，探孔深度需不小于1.5 m（貫穿混凝土并進(jìn)入加固區(qū)域），每個探孔鑿出后需靜置0.5~1.0 h。圖9為4#接收井洞門探孔實(shí)圖，探孔打設(shè)后順孔洞有少量清水流出，留置一段時間后已無滲漏水，可以推測洞口MJS加固效果較好，洞口范圍內(nèi)無滲流通道產(chǎn)生。

圖8 打設(shè)探孔示意圖

圖9 探孔實(shí)圖

4 結(jié) 語

（1）MJS工法應(yīng)用于近地鐵區(qū)域頂管井加固具有良好的實(shí)施效果，施工期間未發(fā)生擠土效應(yīng)，地面累計最大、最小隆起量分別為1.03 mm、0.38 mm，對周邊環(huán)境影響較小。

（2）MJS樁施工自動化集成性能較高，能夠設(shè)定相關(guān)施工參數(shù)及主動排泥，方便泥漿的管理，減少對周邊土體的擾動，有效降低工程的施工風(fēng)險。

（3）隨著城市的不斷發(fā)展，MJS施工將向著樁徑更大、深度更深、環(huán)境更加復(fù)雜的方向發(fā)展，未來必將出現(xiàn)更多創(chuàng)新的施工技術(shù)與方法。