MJS工法在鄰近地鐵車站的深基坑中的工程實踐*

上海市機械施工集團有限公司 上海 200072

0 引言

隨著中國城市地下空間開發進程的加快，軌道交通建設的縱橫發展，地下既有的地鐵車站及線路受建筑基坑施工的影響越來越大，各種矛盾日益突出。特別是在一些軟土地區的深基坑工程施工過程中，常常受到鄰近地鐵車站的施工影響，特別是在地鐵車站的管線設施以及軌道支線的保護問題上，若處理不當會造成嚴重的后果。如何在基坑開挖過程中對周邊軌道交通工程實現“零擾動”一直是工程界面臨的難題。

新型的MJS工法（全方位高壓噴射法）較傳統的旋噴工藝，通過地基內壓力管理對排泥量進行調整，控制噴射攪拌引起的地基隆起、下沉等地基形狀的改變。與傳統注漿工藝相比，僅僅依靠氣升作用來排放泥液[1]，而本工法利用專用吸入管將泥液強制吸出地面，達到了從水平到傾斜方位施工的可能。MJS工法自2008年引進我國，已經在上海、南京、蘇州、寧波等地共實施了50多個工程，總出泥量逾1.3×105m3，而在諸多實驗中，對上部結構及周邊環境的擾動控制都取得了很好的效果。

1 工程概況

背景工程屬超高層復雜結構，建筑安全等級為一級，結構設計基準期50年。地基基礎設計等級為甲級，地下工程防水等級為一級；±0.00 m約相當于絕對高程3.9 m，室外道路標高2.9 m，本工程地下室為鋼筋混凝土框架-剪力墻結構體系，上部主塔樓為鋼框架核心結構，裙房為框架-剪力墻結構。設有地下6層地下室，地下建筑面積共約163 019 m2；地下1層加層至地下2層設計為地下商業中心，與上海軌交12號線提籃橋站地下出站口直接連通，地下3層至地下6層包括地下停車庫、主機電設備房后勤區等，如圖1所示。

圖1 基坑位置及周邊環境

1.1 地質情況

基坑所處的工程地質從上至下依次為：

①填土，②褐黃-灰黃色粉質黏土，③灰色淤泥質粉質黏土夾黏質粉土，③夾灰色黏質粉土，與淤泥質粉質黏土互層，④灰色淤泥質黏土，⑤1-1灰色黏土，⑤1-2灰色粉質黏土，⑤3灰色粉質黏土夾粉質粉土，⑤3t灰色黏質粉土，⑤4灰綠色粉質黏土，⑦草黃-灰色粉砂，⑧1灰土黏土與灰土粉質黏土夾黏，⑧2粉質黏土，⑨灰色粉細砂，11 青灰色粉細砂。

1.2 工程特點

1）周邊環境：工程主體基坑北側與軌交12號線提籃橋站共墻，西側距離公平路沿街商鋪約39 m；東側距離海門路沿街商鋪約30 m；南側距離東大名路沿街建筑約30 m。周邊管線復雜，距離較近。

2）共墻段情況：共墻段地下連續墻墻深38 m，接頭處殘留有25 m深槽壁加固（三軸攪拌樁）。主體基坑與之相接的地下連續墻分別深50 m和44 m。

3）工程地質情況：場地內未發現暗浜。場地表面普遍存在1.0～3.1 m的雜填土。淺部土層中的潛水位埋深離地表面0.3～1.5 m，年平均地下水位離地表面0.5～0.7 m，深部承壓水位于第⑤3t、⑦層。潛水位和承壓水位隨季節、氣候、潮汐等因素有所變化。根據本站詳勘地質資料，本站基坑范圍內的地層中，表層有地下水（3～11 m），局部第⑤3t層承壓水的水位埋深約為5 m，第⑦層承壓水埋深為8.8～11.70 m。

4）鑒于基坑開挖深度較深，新老建筑物接頭處防水尤其重要。開挖時，會造成水頭差，為了防止水壓力過大，造成嚴重后果，所以使用MJS工法旋噴樁來加固，盡量做到無滲水。

2 MJS工法工程應用

2.1 方案優選

本工程施工選擇MJS工法的原因主要有以下幾個方面：

Seminar教學模式注重培養學生的科研興趣，強調學生自主學習、獨立探索、發現問題、解決問題的能力。與此同時，學生的學習積極性和主觀能動性得到了全面調動，動手能力、溝通能力、團隊協作能力也得到了很好鍛煉，自信心、責任心等心理素質得到了有效培養。

1）周邊管線復雜并與基坑距離較近，需要在施工時控制地層沉降。而MJS工法采用獨特的多孔管和前端裝置，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，豐富了地下空間的開發。

2）基坑鄰近已運營軌道交通車站，為了提高新建基坑內承壓水的降水對其結構影響。

3）傳統的高壓旋噴樁、深層攪拌樁等工法在施工過程中會產生較大的擠土效應，施工過程中會產生地面隆起、地表開裂，影響周圍建（構）筑物及市政管線的正常使用，甚至產生更為嚴重的破壞。MJS工法樁可以有效地解決這些難題，不僅成樁質量好，樁體強度高，而且對周邊建（構）筑物影響小。

4）MJS適應復雜的場地周邊環境，很好地控制地面位移和土體位移。適用范圍廣泛，可進行水平傾斜超深垂直施工，故施工過程中占地少，而深層攪拌樁設備占地面積大。

5）MJS工法樁施工自動化程度高，操作簡單，關系質量的各種參數均為提前設定，并能實時記錄施工數據，減輕操作人員的勞動強度，減少人為因素造成的質量問題。

2.2 MJS工法原理及功能

為了解決噴射灌漿施工法中存在的諸多缺點，MJS工法在傳統的高壓旋噴工藝[2,3]的基礎上，采用了獨特的多孔管，由于以往切削產生的泥漿排液，僅依靠空氣升液氣來完成。對于MJS工法裝置，可強制將泥液吸入專用管道中，然后轉入地面，實現了從水平到斜坡所有地基作業面的施工。同時擁有前端裝置，將多余的泥漿通過排泥孔排出，通過前端地內壓力監測裝置來對地基內泥漿壓力進行監測，保持泥漿壓力穩定，從而有效地抑制了隨噴射攪拌而產生的地基隆起、沉降等現象，減少了對周邊環境的影響，壓力的降低還能進一步保證成樁的直徑。同時，MJS工法的理論成樁直徑要大于普通的高壓旋噴工法。MJS工法原理及主機如圖2所示。

圖2 MJS工法工作原理及主機示意

2.3 MJS工法設計概況

在該工程中，MJS旋噴樁直徑達2 000 mm，中心間距1 200 mm，旋噴樁中心離開地下連續墻邊100 mm，鉆孔深度約41 m，有效樁長41 m，180°擺噴9根，270°擺噴2根，全圓噴射止水6根（需地下連續墻施工完成后施工）。

MJS設計要求：MJS工法高壓旋噴樁采用P.O 42.5水泥，水泥摻量50%～55%；水泥漿壓力40 MPa±2 MPa，水灰比1∶1，漿液流量85～100 L/min，空氣壓力1.05 MPa，空氣流量1.0～2.0 m3/min，噴射提升速度2.5 cm/min，樁身垂直度1/200，旋噴樁取樣抽檢2%，28 d后無側限抗壓強度應達到1.5 MPa以上，試樁設置半圓及全圓各1根，進行監測、檢測同步試驗[4,5]。如圖3所示。

2.4 MJS施工工藝

1）引孔：采用鉆機按樁位鉆進引孔，鉆孔直徑≥180 mm，孔位偏差不超過20 mm。鉆機就位前，對鉆孔各項工作再次進行檢查，確保各項工作正常。

圖3 試樁平面布置

2）護壁：引孔結束后，為防止坍孔，利用引孔機鉆桿將配制好的膨潤土漿液置換孔內泥漿，再拆除鉆桿移除引孔鉆機。

3）下管：移除引孔鉆機后，旋噴主機就位，對準孔并調整平穩，待機具檢查正常運轉后，下放旋噴管至設計深度，同時開始制漿。

4）噴漿提管：先將旋噴機下部的旋噴管及其底端的噴射器置入已鉆通的孔內至設計底標高深度，然后開啟高壓水泵、高壓泥漿泵和空壓機，使高壓水、壓縮空氣和高壓水泥漿通入旋噴管到達噴射器，調整水壓力及流量、空氣壓力及流量、水泥漿液壓力及流量在設計范圍，待符合設計要求后開啟旋噴機，邊旋轉邊噴注邊提升旋噴管。

5）廢漿處理：由于大直徑高壓旋噴外排泥漿量大，因此需在現場設置足夠大的廢漿池容納廢漿，待固結晾干后集中外運處理。

2.5 現場監測

在旋噴加固同時，量測監控地層的空隙水壓力及土體位移等變化情況，噴漿期間和施工結束后期均要監測，直至基本穩定并做好記錄（圖4～圖6）。

圖4 MJS試樁土體測斜TX01孔變化曲線

圖5 MJS試樁土體分層沉降FC01孔沉降曲線

本工程從監測的結果看，孔隙水壓力和水平位移變化不明顯，但從土體分層沉降監測成果分析，成樁施工引起的土體不同深度垂直位移規律與預期相同，土體分層垂直位移在試驗樁噴漿階段，總體表現為下沉，其中最大值發生在距離樁位3 m處的測點在深30 m處沉降量最大，為-9 mm。而距離越遠土體變化越小。

圖6 MJS試樁空隙水壓力KY01孔變化曲線

從最終的監測結果來看，證實了該工法對土體擾動性很小，在該工程中應用效果很好，變形控制得到了很好的控制，同時對鄰近地鐵周邊的地下圍護結構進行了很好的保護。

3 結語

綜上所述，在鄰近既有地鐵及建筑結構處采用MJS工法作為基坑圍護止水和地基加固是切實可行的，并在實際工程中得到了驗證，對以后類似工程有著積極的借鑒意義，通過以上分析得出以下結論[6,7]：

1）MJS工法是一種超高壓旋噴工藝，能夠適應敏感施工區域施工需求，有效控制土體水平和垂直位移。

2）MJS工法的適用范圍廣泛，可進行水平傾斜超深垂直施工，滿足低凈高施工要求，同時具有成樁直徑大、樁體直徑穩定的效果。

3）MJS工法的旋噴壓力穩定，配合其可控角度搖擺噴漿，降低施工過程中對既有地下建（構）筑物的損壞。

4）MJS施工及全過程監測監控相結合的方式，是一種在密集中心城區進行地下空間開發建設的有效施工工藝，可以在工程中善加使用。