MJS工法在盾構始發端加固中的運用

蔡虹，朱正國，羅支貴，范劍雄，亓培先，羅彬

（1中鐵四局集團第四工程有限公司，安徽 合肥 230012；2安徽建筑大學建筑結構與地下工程安徽重點實驗室，安徽 合肥 230601）

0 前言

隨著我國的飛速發展，城市建設中，地鐵的建設越發重要，因此盾構法成為地鐵建設最為重要的施工方法。盾構施工過程中，如何加固盾構始發段，保證盾構安全始發及接收，避免泥土及地下水涌入工作井，使洞口土體在盾構經過該段時不坍塌是盾構法在隧道掘進的過程中必須要解決的難題。辛振省等人通過理論分析和工程實例相結合并進行數值模擬分析，從破壞場、應力場、位移場出發，確定盾構始發端合理的加固范圍；吳韜等人通過歸納盾構出洞區加固土體穩定性分析的方法，得出抗滑移失穩通常是出洞加固中的安全控制的關鍵；我國傳統的地基處理方法是高壓噴射注漿法，然而張帆認為傳統的施工方法成樁質量低，并且對周圍環境擾動大；王志豐等人建立水平旋噴樁數值模擬，發現此施工方法使地表隆起并且數值為41mm；淮安東站盾構始發段采用MJS工法進行洞門加固，此工法從日本引進，在我國許多工程中得到運用并取得良好的效果。陳仁朋等人以長沙地鐵4號線近距離下穿上覆2號線運營隧道工程為例，研究MJS水平樁的成樁效果，研究表明，MJS水平樁加固區域，地表的沉降較小，滿足設計要求；周朋在砂卵石地層采用MJS工法對小凈距既有運營線路進行水平加固，保證了既有區間的運營安全；李興國等人以上海某地基加固為例，介紹了MJS工法的施工重點、難點及其解決的措施，實踐證明，該工法具有施工擾動小、土壓力穩定、施工效果可靠等優點。

1 工程概況

1.1 區間概況

淮安東站—盾構工作井區間隧道總長約563.634m，上行右線長度563.634m，下行左線長度561.877m，隧道為兩條單洞單線圓形隧道，采用盾構法施工，如圖1所示。區間隧道頂最大埋深25.1m，最小埋深18.5m；線間距為13.5m～19m，始發端中間工作井采用MJS加固方式，加固范圍為水平長度10m，寬度為26.2m，深度為27.24m，MJS樁加固深度29m。始發端無管線，周邊范圍無建筑物，盾構工作井總長度39m，寬度為21.9m，采用地下三層雙柱三跨矩形框架結構，本站主體結構頂板覆土約4.495m，標準段基坑深度約26.055m，盾構工作井吊裝孔尺寸均為11.0×7.0m。

1.2 水文地質條件

沿線地表水主要為盾構工作井東北部水塘內的水，勘察期間水深約0.8m，對本工程有影響的承壓水為第Ⅰ和第Ⅱ層承壓水。第Ⅰ層承壓水主要埋藏于砂質粉土和粉砂層中。勘察期間根據布置的層壓水位觀測孔觀測水位埋深1.36～1.6m（平均值1.52m），水位標高為6.22～6.48m（平均值6.36m）。第Ⅱ層承壓水主要埋藏于粉砂層中，水位埋深20.00m左右，水位標高為-12.00m。隧道上部土層可分為五層，分別由雜填土、粘土、砂質粉土、粉砂、粉質粘土等組成，其性質見表1。

圖1 盾構始發示意圖

土層物理力學性質參數表 表1

2 工程重難點

本工程包含1個盾構區間，涉及多次始發、接收，洞門加固效果不好時易出現坍塌、滲漏水現象，直接影響到隧道施工安全。確保盾構成功始發是盾構法施工的重要一步，因此要保證盾構從非土壓平衡狀態向土壓平衡狀態過渡，從而使盾構姿態不發生變化，地表不會發生較大沉降。盾構始發、到達需具備最基本的巖土工程條件：洞門穩定，地下水控制情況良好。根據工程地質、水文地質條件情況，始發端頭掘進斷面均為粉砂，含承壓水，自穩能力差，易擾動，易坍塌，擾動后土體結構強度降低明顯，不能滿足盾構始發、到達的基本條件，需采取針對性的地基加固處理措施。

3 加固方式的選擇

①三軸攪拌樁及其附屬設施安裝時間較長（10天左右），并且對施工區域要求大，施工機械高度大；在對地基的加固中，如果遇到障礙物，不能跨越施工，否則就會形成不連續的加固體，大大降低加固質量；成樁止水效果低于高壓旋噴樁并且對周圍環境擾動大。

②高壓旋噴樁對施工區域需求大，施工機械高度大；對土層擾動較大，容易對地面造成隆起；其樁徑根據地內壓力的變化而變化，由于在施工的過程中，地內壓力增大，其成樁直徑和質量都遠低于MJS工法。

③MJS工法可以全方位進行噴漿施工，即水平、傾斜、垂直各方向施工。其特有的噴漿方式使其在粉砂地層進行孔口密封施工時安全可行，并且此工法成樁直徑大、質量好。施工時，噴射流初始壓力達到40MPa，噴射流能量大，噴漿持續時間長。此工法泥漿專管專排，可以對排出泥漿集中管理，使得施工現場干凈整潔。MJS噴漿工法可以對地內壓力進行實時監測并且可以強制排漿，將土壓力隨時調整，此工法有效減小對周邊環境的擾動和確保超深施工的成樁效果。

由于本工程施工主要在粉砂地層中進行，根據現場施工條件對此三種工法進行對比，選用MJS工法對洞門進行加固。MJS工法是一種新的注漿工藝，是在傳統的高壓噴射注漿的基礎上增加了多孔管和前端造成裝置，如圖2所示。首先通過使用高壓水泥漿將土體進行切割、攪拌，然后將孔內泥土混合液通過主動吸泥裝置進行置換排出，最后通過前端的上的壓力傳感器對周邊土體的壓力進行監測，以此來確保盾構工作井始發及接收端加固區土體壓力不發生較大變化，因此極大地提高了加固區的質量及強度。

圖2 多孔管剖面示意圖

4 MJS在工程中的應用

4.1 MJS工法樁施工

成孔和噴漿是MJS工法施工的兩個階段，成孔時，多孔管被頂出，直到伸入預定深度，并且鉆桿與前端裝置相連。對于超深度地基加固時，可先用鉆機鉆至設計深度成孔；噴射漿液階段是將硬化材料以40MPa左右的壓力通過噴嘴噴射出去，同時將高壓水開啟并進行真空吸漿，產生的多余泥土從多孔管排泥口排到地面，與此同時多孔管被抽回。噴嘴周圍的土體在高壓噴射流的作用下，土體結構遭到破壞，最終將土體和水泥漿液攪拌混合并凝結成具有一定抗壓強度的固體。本工程中MJS工法樁施工工藝與技術參數如圖3、表2所示。

4.2 現場取樣檢測

為了檢驗MJS工法樁的成樁質量，在工法樁施工完成后，對加固區進行現場垂直鉆孔取樣。如圖5、圖6所示，總共布置了12個取樣孔，其中1號和6號取樣孔在上行左線洞門上方位置布置，2號～5號取樣孔在洞門兩側外擴大約1m位置，7號和12號取樣孔在下行右線洞門上方位置布置，8號～11號取樣孔在下行右線洞門兩側外擴大約1m位置布置。為研究工法樁加固性能，在施工完成后，凝期達到28d后，在圖3所示的A、B取樣孔進行鉆孔取樣，分別鉆取6個試樣，尺寸為90mm×90mm的圓柱體對其進行無側限抗壓強度測試。

5 效果分析

表3為12個試樣的基本情況的統計，洞門直徑為5.5m，距離地面20.1m，鉆孔深度設定在18～26m之間，以保證鉆孔深度能覆蓋整個洞門加固區域，故MJS工法樁在施工時，控制的較為精確，其中1號、6號、7號、12號取樣孔長度位于洞門上方，其取樣長度在1.3～1.9m之間；其余取樣孔位于洞門兩側，其取樣長度在2.3～5m之間，總體來看工法樁成樁效果較好。

圖3 MJS工法施工流程

圖4 MJS現場施工圖

圖5 取樣點布置

圖6 加固取芯芯樣

如表4所示，利用微機控制壓力試驗機測芯樣的無側限抗壓強度，1號～6號試樣的抗壓強度在2.98～3.35MPa，其平均值為3.145MPa；7號～12號試樣的抗壓強度在2.74～4.13MPa，其平均值為3.482MPa。由表可知，MJS工法樁的無側限抗壓強度均大于設計值（0.8MPa），達到預期的結果。

施工參數 表2

芯樣統計表 表3

6 結論

盾構始發前，采用MJS工法樁對洞門進行加固，經過垂直鉆芯取樣，測試芯樣的無側限抗壓強度均大于設計強度，滿足設計要求，并且對加固體進行了水平鉆孔試水，無滲漏現象發生，使洞門成功破除，盾構機成功地從非平衡土壓狀態向土壓平衡狀態過渡，順利始發。實踐結果證明，采用MJS工法對始發端進行加固，達到預期效果。本工程施工可以為以后相似工程提供借鑒。

芯樣測試表 表4