MJS工法及其在上海某地鐵工程超深地基加固中的應用

張志勇，李淑海，孫 浩

（上海廣聯建設發展有限公司，上海 200438）

MJS工法及其在上海某地鐵工程超深地基加固中的應用

張志勇，李淑海，孫 浩

（上海廣聯建設發展有限公司，上海 200438）

以某地鐵車站MJS超深地基加固施工為例，闡述了超深MJS地基加固施工過程中的技術管理要點，總結了施工過程中的一些心得體會。

MJS工法;地下空間開發;地鐵工程;超深地基加固;高壓噴射;大深度

0 引言

由于上海地區軟土特性及建筑物、管線密集的特點，在地下工程建設中為保證施工安全，地基加固已成為必不可少的輔助措施。另一方面，隨著城市開發建設的不斷深入，地下建（構）筑物和基礎埋置深度越來越深，城市地下空間的開發建設進入了向大深度發展的趨勢，例如高層建筑、地鐵車站、地下設施等的地下室的層數不斷增加，由以前的一二層逐漸加深到地下三四層甚至更多，基坑深度也突破初期的十來米朝更深的十幾、二十幾甚至三四十米、五六十米發展，在這種發展趨勢下，原有的地基加固方法如三軸攪拌法、高壓旋噴法、雙軸攪拌法、壓密注漿法等已較難適用。自日本引進的MJS工法可以很好地解決大深度地下空間開發過程中地基加固這一難題。

1 MJS工法工藝原理

MJS工法（Metro Jet System）又稱全方位高壓噴射工法，是在傳統高壓噴射注漿工藝的基礎上，采用了獨特的多孔管和前端造成裝置（習慣稱之為Monitor），多孔管由排泥管、高壓水泥漿管、倒吸水管（2個）、主空氣管、倒吸空氣管、排泥閥傳感器控制線路管（2個）、削孔噴水管、多孔管連接螺栓孔、備用管路等組成。前端造成裝置上分布有壓力傳感器、排泥口、噴漿口等。實現了孔內強制排漿和地內壓力監測，并通過調整強制排漿量來控制地內壓力，以防止地內壓力過大對地面造成隆起，大幅度減少對環境的影響，而地內壓力的降低也進一步保證了成樁直徑，確保地基加固的效果。圖1為MJS工法工藝原理圖。

圖1 MJS工法工藝原理示意圖

2 MJS工法的特點

（1）可以“全方位”進行高壓噴射注漿施工。MJS工法可以進行水平、傾斜、垂直各方向、任意角度的施工。特別是其特有的排漿方式，能夠在富水土層情況下進行水平加固施工。

（2）成樁直徑大，樁身質量好。噴射流初始壓力達40 MPa，流量約90～130 L/min，使用單噴嘴噴射，每米噴射時間30～40 min（平均提升速度2.5～3.3 cm/min），噴射流能量大，作用時間長，再加上穩定的同軸高壓空氣的保護和對地內壓力的調整，使得MJS工法成樁直徑較大，可達2～2.8 m（砂土N＜70，粘土c＜50）。由于直接采用水泥漿液進行噴射，其樁身質量較好。

（3）對周邊環境影響小，超深施工有保證。傳統高壓噴射注漿工藝產生的多余泥漿是通過土體與鉆桿的間隙，在地面孔口處自然排出。這樣的排漿方式往往造成地層內壓力偏大，導致周圍地層產生較大變形、地表隆起。同時在加固深處的排泥比較困難，造成鉆桿和高壓噴射嘴周邊的壓力增大，往往導致噴射效率降低，影響加固效果及可靠性。MJS工法通過地內壓力監測和強制排漿的手段，對地內壓力進行調控，MJS工法前端造孔裝置上設置了排泥口，排泥口開關最大可達62 mm，主機上有專門裝置控制排泥口的開啟/關閉。施工過程中，當壓力傳感器測得的孔內壓力較高時，可以控制排泥吸漿口的開啟大小，調節泥漿排出量達到控制地內壓力的目的。可以大幅度較少施工對周邊環境的擾動，并保證超深施工的效果。

（4）專有廢漿排放管路，對環境污染少。MJS工法采用專用排泥管進行排漿，有利于泥漿集中管理，施工場地干凈。同時對地內壓力的調控，有效減少了泥漿“竄”入土壤、水體或是地下管道的現象的發生，可減少對環境的污染。

3 工程概況

3.1 工程簡介

上海市某新建地鐵車站與另一地鐵線路車站形成小十字形換乘站。新建地鐵車站主體結構地下連續墻深度達52 m，而另一線路地鐵車站原主體結構地下連續墻深度僅41 m，為了提高新建車站主體基坑內承壓水的降水效果，須將原地鐵車站主體結構41 m深地下連續墻加深。因加固深度超過原有地基加固技術所能達到的范圍，因此，設計采用MJS工法樁對換乘段原地鐵車站地下連續墻進行加深處理。MJS工法設計樁徑2000 mm，樁頂深度為38 m，與已完成地墻搭接3 m（360°噴射），樁底深度為52 m（180°噴射）。為保證止水效果，MJS工法樁與地下連續墻搭接700 mm。圖2為MJS工法樁地基加固平面圖，圖3為MJS工法樁地基加固剖面圖。

圖2 MJS工法樁地基加固平面圖

圖3 MJS工法樁地基加固剖面圖

3.2 施工工藝參數

（1）樁徑:2000 mm。

（2）水泥用量:360°噴射階段，2.72 t/m;180°噴射階段，1.36 t/m。

（3）漿液壓力:≥38 MPa。

（4）空氣壓力:0.7 MPa。

（5）漿液流量:90～100 L/min。

（6）漿液噴射鉆桿提升速度:360°噴射階段，40 min/m;180°噴射階段，20 min/m。

（7）地內壓力控制:1.3～1.8的系數（視地質情況適當進行調節和控制）。

（8）漿液配比:水灰比1∶1（水泥標號P.O42.5）。

（9）成樁垂直度誤差:深度≤30 m，垂直度偏差≤1/150;深度＞30 m，垂直度偏差≤1/100。3.3 工程地質條件

本工程場地屬古河道沉積區，地基土分布較為穩定。地層主要由粘性土、粉性土、砂土組成，一般具有成層分布特點。場地地面標高約3.16～4.17 m，各土層主要特性見表1。

根據地層特性表，在52 m深度范圍內，以粘性土為主，僅在下部分布有粉細砂層，結合巖土工程勘察報告的靜力觸探表來看，粘性土與粉細砂的分界面基本在地下43 m左右，上部的淤泥質粘性土具流變觸變性，擾動后強度迅速降低，易粘附MJS多孔管鉆桿，造成轉動或提鉆困難，下部粉細砂易產生坍塌，一旦坍孔，可能造成埋鉆事故。

4 施工方法

目前MJS工法垂直施工方面深度一般局限在30 m以淺，超過30 m的MJS工法樁，國內外未曾涉及。在本工程中，進行深度達到52 m之深的MJS工法樁施工，僅利用MJS主機成孔、噴漿存在著一定難度，主要原因一是受MJS主機的扭矩限制，利用MJS主機自身施工52 m深度的鉆孔難度較大;二是MJS多孔管鉆桿接長至52 m深度時，鉆桿長細比過大，成孔垂直度控制難度較大;三是受MJS主機的扭矩及提吊力限制，若在成孔或噴漿過程中產生多孔管鉆桿被土體抱死現象時可能會造成埋鉆事故。因此，考慮到以上原因，開發出以下方法進行MJS工法施工:在進行超深MJS加固施工之前進行預先引孔，引孔至設計深度后，孔內下入鋼套管，鋼套管內再下入MJS鉆桿進行噴射。

引孔鉆機采用SGL-10型履帶鉆機，引孔直徑為260 mm。引孔后放入鋼套管，鋼套管外徑219 mm，內徑195 mm，鋼套管3 m一節，鋼套管間采用絲扣連接，鋼套管底部下至距樁底14 m處，然后在鋼套管內放入MJS鉆桿，MJS鉆桿下到孔底，隨后進行噴漿;施工時倒吸出的泥漿，由返漿管送入現場泥漿箱，再從泥漿箱泵入泥漿車，由泥漿車及時外運。圖4為超深MJS工法地基加固施工流程圖。

5 施工主要設備配備（見表2）

表2 MJS工法施工主要設備配備情況

6 施工步驟

利用預設鋼套管的方式進行MJS地基加固施工，其工藝流程包括溝槽開挖、引孔、設置鋼套管、MJS鉆桿下放、噴漿、MJS鉆桿起拔、鋼套管起拔等。

6.1 溝槽開挖

槽寬度約0.8 m，深度1.0～2.0 m，溝槽開挖之前應先測量放線，根據施工部位及設計要求，確定施工位置，并查看巖土工程勘察報告及管線圖，熟悉地下環境，確認安全后方可開挖。溝槽開挖過程中用鎬頭機將地下障礙物破除干凈，如廢電纜、雨水管、污水管、混凝土墊層等，直至漏出原狀土。在破除導墻及導墻鋼筋時，如破除后產生過大的空洞，則需要回填素土壓實，重新開挖溝槽。溝槽開挖完畢，須及時將溝槽內砼塊等清除干凈，以免在后續引孔施工過程中砼塊等固體物落入孔內而引起MJS鉆頭上排泥口堵塞。

6.2 引孔施工

鉆孔直徑260 mm，孔深52 m，鉆孔垂直度應不小于1/150，對于引孔施工來說，確保鉆孔的垂直度是關鍵，施工中采用以下措施保證引孔質量。

（1）鉆頭型式為梳齒鉆頭，鉆頭上加導正器。（2）鉆機就位時要固定、保證鉆機水平度，鉆機周圍場地應平整、堅實。

（3）引孔遇障礙物時應降低鉆速，加大泵量，反復切削，成孔好后測垂直度，直到達到要求。

（4）引孔深度比設計深度深30 cm左右，引孔好后灌入稠度高的泥漿（泥漿密度1.3 g/cm3左右）。

（5）每鉆進一個回次的單根鉆桿要及時進行掃孔，保證鉆孔直徑滿足要求。

（6）按時測定泥漿性能，防止塌孔及擴孔。

（7）引孔完畢后要用蓋板蓋住孔口，并且牢固，以防止物品掉入孔內。

（8）鉆孔過程應分班連續進行，不得中途長時間停止。

6.3 設置鋼套管

6.4 MJS 鉆桿下放

主機放置應水平并采取措施將其固定牢固，啟動前檢查各管路及卷揚機、操作按鈕。鉆桿連接緊密，防止漏氣，鉆桿間螺栓擰緊應先用氣動扳手，然后人工擰緊，連接數據線時，防止接頭泥土污染。每連接一根鉆桿，應測試數據線是否能夠有效傳遞信號。當鉆桿放入困難時連接水龍頭進行削孔，確認鉆桿放入深度。

6.5 噴漿

后臺攪拌系統制備水泥漿時，水泥漿應進行三道過濾，防止摻入較大顆粒。噴漿前依次打開倒吸水和倒吸空氣，在確認排漿正常時，打開排泥閥門，依次開啟主空氣閥門和高壓水泥漿泵。噴射階段，第一根鉆桿結束之前大約30 s時，將水泥漿切換成水，當高壓水泥漿泵的壓力有大幅下降時，依次關閉高壓水泥漿泵，排泥閥門;再依次關閉倒吸水、倒吸空氣和主空氣;夾緊夾子，打開卡盤卸下鉆桿和水龍頭，拆卸鉆桿時不能同時打開夾子與卡盤，防止鉆桿掉入孔底。重新裝上水龍頭后，繼續按照以上步驟進行地基加固工作。主機操作人員要隨時注意調節地內壓力，正常排泥時排泥口閥門不要開啟過大，保持在30 mm左右即可，地內壓力高于設定壓力時要將排泥口閥門不斷進行開啟閉合操作，以防止大的泥塊堵住排泥口，避免壓力過大時地面發生隆起。鉆桿卸下之后需要及時清洗并且排放整齊，卸下螺栓放在固定地方，防止丟失。噴射時要安排專人及時測定排泥管內排出的泥漿密度，并取樣保存。

6.6 MJS 鉆桿起拔

鉆桿起拔時吊車人員、主機操作人員、主機配合人員相互配合，指令清晰正確，確認噴射完成并且各設備運轉停止后方可拔MJS鉆桿。鉆桿拆開后，操作人員雙手托住，卷揚擰緊，緩緩下放，地面要有人接應。鉆桿卸下后在地面要擺放整齊，將鉆桿清洗干凈，并檢查鉆桿及密封圈是否損壞。鉆桿分離時，夾子必須處于關閉狀態。

6.7 鋼套管起拔

拔外套管之前確認套管能否拔動。若利用吊車拔套管時，應檢查吊具情況，并且確認卸扣是否擰緊。套管分離后下段套管確認緊固，確認緊固后方可拆卸。卸下套管及時清洗干凈，并且擺放整齊，擺放位置不影響下一次施工位置。

7 幾點體會

經過認真的準備與精心的管理，本工程實施過程基本順利，達到了預期的目標，但從每根樁的具體施工過程來看，也存在著一些經驗及教訓。在此，筆者總結一些心得體會，與同行共饗，以期共同推動MJS工法的發展。

（1）MJS工法采用了獨特的多孔管和前端造成裝置（Monitor），實現了孔內強制排漿和地內壓力監測，大幅度減少了對環境的影響，適用于在環境復雜區域進行地基加固施工，豐富了地下空間開發的施工手段。

（2）由于MJS施工主機提吊力及多孔管精密度要求高的限制，MJS工法在深度超過30 m的地基加固施工時，需采用預埋套管的方式，方可有效保證成樁垂直度，杜絕超深MJS施工過程中鉆桿被土體“抱死”而產生埋鉆事故。

（3）施工過程中出現過地內壓力遠小于經驗值時，泥漿自套管與MJS鉆桿間空隙噴出的現象，說明由于套管與MJS鉆桿間空隙的存在導致孔內泥漿壓力很難達到經驗值，提醒我們在以后預埋外套管的MJS工法施工中，在地面要安裝孔口密封器，將套管與MJS鉆桿間空隙封閉起來，確保孔內泥漿壓力達到經驗值后自多孔管內排出。

（4）本場地地層資料顯示，下部9 m為砂性土層，上部43 m為粘性土層，在砂性土內噴射時，地內壓力偏小，分析原因主要是砂性土層流動性大，一是很難將套管與MJS鉆桿間空隙封閉，二是很容易從排泥口排出，排泥口附近泥漿始終處于流動暢通狀態;在粘性土層噴射時，地內壓力偏大，離地面越近越明顯，分析原因主要是粘性土被高壓水泥漿沖落后，流動性補償，部分堵塞套管與MJS鉆桿間空隙，部分緩慢留向排泥口，而高壓水泥漿噴射的流量維持不變，導致孔內泥漿堆積，排泥不暢。

（5）施工過程中，經常出現排泥不出的現象，將排泥管及多孔管拆卸后，觀察到水龍頭與排泥膠管接頭處有較大水泥塊或排泥閥門處有較大水泥塊現象，分析原因是由于溝槽內泥漿液面超過引孔用護筒端面后水泥塊隨泥漿流入孔內，因此，對于溝槽內水泥塊、磚塊等固體物應及時清理。

（6）MJS鉆桿采用獨特的多孔管，每個管路分別承擔一定的功能，施工過程中，出現過全部鉆桿下放到位后，又發現多孔管堵塞的現場，必須將鉆桿全部拔出，逐根逐個檢查多孔管，嚴重影響了功效，因此，鉆桿拆卸后對于多孔管得清洗必須要非常重視。

（7）在MJS工法施工過程中，主空氣與倒吸空氣分別承擔著非常重要的任務，因此，空氣壓縮機的性能非常重要，一定要保證所使用的空氣壓縮機能夠分別給主空氣與倒吸空氣提供氣源，絕對不能用一個管路給兩路空氣供氣。

（8）本次施工鋼套管底部與MJS工法樁樁頂平齊，每根樁施工完畢后，再起拔套管，不影響施工工效，若MJS工法樁樁頂高于套管底部，則需要將鉆桿全部拔除后，拔掉一部分套管，再將鉆桿放入套管內，方能繼續噴射施工，嚴重影響工效;相反，在拆卸鉆桿同時，若能做到同步拆除套管而不必將鉆桿全部拔出，則工效可大大提高。因此，在后續工程施工中需要研究新型鋼套管，可在不提出全部鉆桿的情況下拆除，從而提高MJS施工工效。

［1］ 王道富.MJS工法原理及在城市工程建設中的應用［J］.城市建設理論研究，2011，（28）.

［2］ 何擁軍.全方位高壓旋噴注漿工法的工程試驗［J］.地下工程與隧道，2010，（1）.

［3］ 張帆.二種先進的高壓噴射注漿工藝下載［J］.巖土工程學報，2010，（8）.

［4］ 李耀良，袁芬.大深度大厚度地下連續墻的應用與施工工藝下載［J］.地下空間與工程學報，2005，（4）.

MJS Engineering Method and Its Application in Super Deep Foundation Reinforcement of a Metro Project in Shanghai

ZHANG Zhi-yong，LI Shu-hai，SUN Hao（Shanghai Guanglian Construction Development Co.，Ltd.，Shanghai 200438，China）

With the construction case of super deep foundation reinforcement of a metro project with MJS engineering method，the paper discussed the main points of technical management in construction process with some experience and understanding.

MJS engineering method;underground space development;metro project;super deep foundation reinforcement;high pressure jet;large depth

TU472.6

A

1672-7428（2012）07-0041-05

2012-03-05

張志勇（1977-），男（漢族），山東德州人，上海廣聯建設發展有限公司工程師，巖土工程專業，碩士，從事地下空間開發技術研究及相關施工技術管理工作，上海市國偉路135號10號樓，zhzhy308@163.com。