一種應(yīng)用于MJS工法的新型測斜裝置

何 倫/HE Lun

（廣東華隧建設(shè)集團(tuán)股份有限公司，廣東 廣州 510228）

MJS 工法(Metro Jet System) 又稱全方位高壓噴射工法，最初是為了解決水平旋噴施工中的排漿和環(huán)境影響問題而開發(fā)出來的，之后由于其獨特優(yōu)勢和工程需要，又應(yīng)用到傾斜和垂直施工上。MJS工法在傳統(tǒng)高壓噴射注漿工藝的基礎(chǔ)上，采用了獨特的多孔管和前端造成裝置，實現(xiàn)了孔內(nèi)強制排漿和地內(nèi)壓力監(jiān)測，并通過調(diào)整強制排漿量來控制地內(nèi)壓力，大幅度減少對環(huán)境的影響，而地內(nèi)壓力的降低也進(jìn)一步保證了成樁直徑。

隨著MJS 工法的發(fā)展與不斷完善，對加固體的成型質(zhì)量以及分布區(qū)域的準(zhǔn)確性要求越來越高，因此在實際的工法施工中確保成孔姿態(tài)符合設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)顯得尤為重要。根據(jù)過往加固項目的經(jīng)驗，常規(guī)的測斜工藝一直未能達(dá)到測量精度高、步驟簡易化、操作智能化的標(biāo)準(zhǔn)，需通過繁瑣的步驟才能完成該項工序，因此急需研發(fā)一款裝置，實現(xiàn)MJS設(shè)備高精度智能化的動態(tài)測量管理。

1 常規(guī)MJS工法測斜工藝

1.1 常規(guī)測斜工序

前端裝置帶鉆頭通過主機步進(jìn)進(jìn)給，進(jìn)入布樁孔口并利用主機帶動鉆頭旋轉(zhuǎn)切削土體執(zhí)行該階段。在該階段中，因地層的性質(zhì)會影響到成孔姿態(tài)，尤其在砂層施工過程中鉆桿姿態(tài)變化幅度較大，因此主機操作手必須及時對鉆桿姿態(tài)進(jìn)行測斜工序，以掌握成孔姿態(tài)，其中垂直成孔一般在鉆桿進(jìn)尺到5m，10m，15m，25m 等時進(jìn)行，水平成孔則需要以每鉆桿進(jìn)尺1.5m 的頻率進(jìn)行，并利用糾偏鉆頭及時糾偏，具體工序步驟如圖1所示。

1.2 常規(guī)測斜設(shè)備及原理

垂直方向偏差測量儀器的測量原理為通過查看儀器顯示器上測量桿插入鉆孔的數(shù)據(jù)情況，利用測得的偏斜角度換算測定出每米成孔的垂直方向的傾斜數(shù)值；水平測斜儀器的測量原理為通過關(guān)閉排泥閥門，用倒吸水和倒吸空氣把“排泥孔”清洗干凈，然后通過把“發(fā)光體”從多孔管的排泥口處插入，根據(jù)從管口可見發(fā)光體的LED 燈的數(shù)量，反映成孔的水平偏差量。

1.3 常規(guī)工藝的缺點

1）影響施工效率 若單樁進(jìn)尺30m 需進(jìn)行4次以上的測斜工序，除此之外每次進(jìn)尺到位后，必須重復(fù)測量記錄，才能得到當(dāng)前姿態(tài)參數(shù)，且該過程單樁至少多耗時87min。

2）反饋不直接 每次記錄好測斜參數(shù)后，需通過角度公式計算才能繪制出姿態(tài)曲線圖；

圖1 常規(guī)測斜流程圖

3）精度無法保證 在每次測量前都需要把“排泥孔”清洗干凈，若不能保證清洗干凈，就會對儀器測量的值產(chǎn)生影響，最終會導(dǎo)致測量精度的準(zhǔn)確性。

圖2、圖3 是某項目擺噴160°MJS 水平樁作業(yè)的施工效率以及測斜偏移情況：完成常規(guī)成孔50m 預(yù)計需要耗時4.5d 時間，常規(guī)測斜方式最大累計偏移量達(dá)850mm，偏移率超過1.9%以上。

2 一種新型MJS工法測斜裝置

2.1 MJS前端裝置結(jié)構(gòu)

MJS 前端裝置為多孔管結(jié)構(gòu)，主要由排泥部分、傳感器部分、注漿部分、銷孔部分4 大部分組成，各部分之間利用鉆桿螺栓連接起來，MJS前端裝置工法管內(nèi)分布各類功能管路共計11 條，以滿足MJS工法作業(yè)可控壓力的高壓旋噴的功能。

2.2 光纖陀螺測斜儀結(jié)構(gòu)

測斜儀系統(tǒng)采用一體化的結(jié)構(gòu)設(shè)計，內(nèi)部組成包括電子線路單元及外圍支撐結(jié)構(gòu)。電子線路單元主要完成系統(tǒng)供電、慣性量采集、數(shù)據(jù)儲存以及數(shù)據(jù)通信等；外圍支撐結(jié)構(gòu)為內(nèi)部慣性元件與電子線路提供保護(hù)，為慣性測量器件提供安裝點，并提供設(shè)備的對外機械接口和電氣接口。外圍支撐結(jié)構(gòu)為全金屬封閉外殼，外殼與底板蓋板間用導(dǎo)電橡膠條接觸連接，與圓形電連接器間用導(dǎo)電橡膠墊接觸連接，具有良好的密封性和電磁兼容性，測斜系統(tǒng)的組成如圖4 所示。

2.3 設(shè)計方案

為滿足提高M(jìn)JS 施工效率及姿態(tài)精度控制要求，具體設(shè)計方案為：為了實現(xiàn)系統(tǒng)的小型化與輕型化要求，臺體采用最小化設(shè)計，內(nèi)部其它部分采用模塊化設(shè)計，其他部分的尺寸適應(yīng)慣組的最小化要求；設(shè)計中采用精度優(yōu)于0.3°/h 的光纖陀螺儀；電子線路單元按功能進(jìn)行模塊化設(shè)計。

實施方案是將光纖陀螺測斜儀設(shè)計連接在MJS 前端裝置的注漿部分與削孔部分之間，其數(shù)據(jù)電纜通過預(yù)留孔牽出連接到主管理面板,設(shè)計結(jié)構(gòu)如圖5 所示。

2.4 實施細(xì)節(jié)

1）維修性方面 結(jié)構(gòu)設(shè)計中考慮了慣性元件、線路板的可拆裝性與互換性，系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，每個模塊具有相對獨立的功能，能作為“可更換單元”在故障定位后更換。

圖2 常規(guī)測斜裝置水平樁天數(shù)統(tǒng)計圖

圖3 常規(guī)測斜裝置累計偏斜量

圖4 光纖陀螺測斜儀結(jié)構(gòu)系統(tǒng)組成三維圖

圖5 新型測斜裝置結(jié)構(gòu)圖示意圖

2）測試性方面 設(shè)備各模塊電路板上具有測試點，并提供測試點的技術(shù)參數(shù)及其特性，設(shè)備具備開機自檢功能，可通過軟件檢測程序判定各模塊工作是否正常。

3）安全性方面 光纖陀螺測斜儀用經(jīng)濟(jì)有效的方法滿足安全性要求，提高其使用效能。

4）環(huán)境適應(yīng)性方面 根據(jù)環(huán)境適應(yīng)性指標(biāo)和系統(tǒng)設(shè)計任務(wù)書的要求，對電氣系統(tǒng)的溫度、濕度、沖擊振動、電磁干擾等承受能力進(jìn)行相應(yīng)設(shè)計。

5）溫度適應(yīng)性設(shè)計 發(fā)熱元件靠近或緊貼外殼和底板安裝，直接通過外殼和底板散熱，縮短散熱路徑，增強散熱效果；合理擺放測溫元件，真實反映陀螺和加速度計周圍溫度及溫度梯度，為系統(tǒng)溫度補償提供有效數(shù)據(jù)。

6）抗沖擊振動設(shè)計 裝置主要零部件通過仿真給出振動、沖擊結(jié)果，依據(jù)仿真結(jié)果再對結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，爭取以最簡單可靠的結(jié)構(gòu)滿足總體提出的沖擊振動指標(biāo)，并設(shè)計沖擊保護(hù)支架用于強沖擊下的系統(tǒng)保護(hù)。

7）電磁兼容性設(shè)計 合理布局以減小內(nèi)部線間干擾以及系統(tǒng)本身和外界環(huán)境之間的相互干擾。

3 應(yīng)用效果

在某項目的擺噴160°MJS 水平成孔項目中，通過應(yīng)用這種新型的測斜儀設(shè)備，優(yōu)化MJS 工法樁的測斜工序，該裝置可以實時反饋鉆頭的偏移數(shù)據(jù)，配合新型糾偏鉆頭及時進(jìn)行糾偏，減少拔樁復(fù)測的環(huán)節(jié)，提高測斜精度，大大減少了測斜的時間，測斜及成樁效率得到較大地提升。經(jīng)統(tǒng)計，該項目單根50m 水平MJS 工法樁的成樁時間平均能控制在3d 內(nèi)，累計偏移量也得到了較好地改善，最大也能控制在500mm以內(nèi)，偏斜率在1%范圍內(nèi)，具體功效數(shù)據(jù)如圖6、圖7 所示。

圖6 新測斜裝置應(yīng)用水平樁天數(shù)統(tǒng)計圖

圖7 新測斜裝置應(yīng)用累計偏斜量

4 結(jié)語

該新型測斜裝置的應(yīng)用可以給MJS 工法樁施工帶來以下幾點效益。

1）減少目前因測斜步驟繁瑣帶來的時間耗損，提高施工效率。

2）主機手可實時監(jiān)控成孔姿態(tài)，可減少回拔及故障，實現(xiàn)半自動化監(jiān)控。

3）精度準(zhǔn)確性高，實現(xiàn)成樁良好搭接，提高施工質(zhì)量。O