富水黏土地層中密貼既有隧道車站施工MJS 工法的應用

康林

（中鐵（福州）投資有限公司，福州350000）

1 引言

MJS 工法又稱全方位高壓噴射工法，起源于日本，加固強度高，施工方向靈活，可豎向、水平及任意傾斜角度。目前，大多數(shù)MJS 工法工程應用多為豎向加固，水平加固案例較少，解決問題也多為建構(gòu)筑物保護。本文介紹了MJS 工法在既有線保護中的應用經(jīng)驗，希望此工法能在類似工程施工及設計中得到更廣泛的應用。

2 工程概況

福州火車站密貼既有1 號線地鐵隧道施工，采用明挖法施工，基坑長度191.056m，寬11.9～25.9m，基坑深18.0～19.5m?；咏又黧w一側(cè)與既有盾構(gòu)隧道位置平行，隧道斷面形式為圓形，隧道內(nèi)凈寬5.5m，外徑6.2m，車站與隧道最小凈距左右兩隧道間水平凈距為5.2m。受既有1 號線影響，車站施工前需對既有線進行一定的保護措施，考慮到既有線上覆管線改遷難度較大，工期緊張等原因，采用MJS 工法進行預加固。

3 重難點分析

根據(jù)地質(zhì)條件及車站與既有線位置關系，工程施工中存在以下難點：

1）對既有線影響控制要求高。車站整體為異形結(jié)構(gòu)，基坑開挖地連墻附近土體側(cè)向壓力受力形式復雜，體應力重分布后，緊貼車站的既有線隧道必然產(chǎn)生不均勻沉降及剪應力，對既有線危害較大。

2）地質(zhì)條件差。車站范圍內(nèi)主要涉及土層為淤泥、粉質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)土。這類土層通常具有含水量大、壓縮性大、強度低、敏感性高、易觸變性等特點，開挖后土體的自穩(wěn)定性較差。考慮到車站開挖過程中防止基坑滲水，阻止基坑內(nèi)外水層交換，預加固后土體應具有防滲作用。

3）施工環(huán)境條件差。福州火車站地處福州市交通樞紐位置，車站北側(cè)為福州火車站、東側(cè)為福州汽車北站，交通導改后施工場地較小。因此，選用的機械不宜較大，同時應滿足對環(huán)境以及噪聲的要求。

4）管線改遷難度大，工期緊張。車站規(guī)劃晚，地下管線較多，選用的工法宜盡量減少管線改遷施工，縮短工期[1]。

4 MJS 工法應用

4.1 必要性分析

在富水黏土層中，高壓旋噴樁、三軸攪拌樁、MJS 法等方法可以對地層進行預加固，但高壓旋噴樁和三軸攪拌樁不能考慮地層壓力，此類工法有一定的局限性。

MJS 方法采用高壓旋噴注漿方式。機械體積小，施工凈空可滿足4m 以上要求。通過控制泥漿的排放，控制地面內(nèi)部的壓力，減少對地面的擾動。通過對地層壓力的控制，保證了地層樁的質(zhì)量和直徑。樁徑可達2～2.8m，連續(xù)樁可施工過部分障礙物?？杉訌?0m 深的止水作業(yè)；污泥的統(tǒng)一收集和處理，減少污染；降低噪聲，對周邊環(huán)境的影響也進一步降低。

4.2 工法加固原理

MJS 方法使用多孔管鉆孔，孔管有一個60mm 泥漿泵管、注入水吸收和呼吸空氣適配器，可以使地下廢泥漿前置抽出，壓力傳感器安裝在鉆頭上，能夠控制泥漿閥尺寸，實現(xiàn)洞迫使傾斜和內(nèi)部壓力測試，并通過強迫泥漿控制內(nèi)部壓力，大幅減少對環(huán)境的影響。減小樁內(nèi)壓力的同時也可以提高注入效率，保證樁徑。此外，在MJS 鉆頭的圓噴嘴周圍有一個圓形環(huán)的空氣噴射環(huán)，在水泥漿射流周圍空氣形成的保護膜，使用的噴涂方法在土壤或液體介質(zhì)，可以降低注入壓力衰減，使其盡可能接近空氣注入壓力衰減，進一步確保成樁的半徑。

4.3 設計概況及技術參數(shù)

設計概況及技術參數(shù)設定為：（1）區(qū)間兩側(cè)以及上方采用MJS 工法樁，樁2 000mm 咬合500mm 注漿宜采用不低于42.5 級的普通硅酸鹽水泥，可根據(jù)需要加入適合的外加劑及摻合料；（2）水泥漿液的水灰比為1.0～1.5，水泥參量取土天然重度的40%，以保證加固士體達到強度要求；（3）注漿壓力不宜低于40MPa，空氣壓力為0.5～0.7MPa，空氣流量1.0～2.0Nm3/min；地內(nèi)壓力為1.2～1.6 系數(shù)，鉆桿提升速度控制在約40min/m；（4）注漿管應進行引孔，確保精準定位，控制樁定位誤差≤10mm，成樁垂直誤差允許值不應超過1/300；（5）加固后的土體有良好的均勻性、自立性，成樁要求28d 無側(cè)限抗壓強度qu≥1.5MPa，頂管端頭MJS 加固抗?jié)B系數(shù)k≤10-7cm/s。

5 施工監(jiān)測

5.1 監(jiān)測方案的制定

為研究MJS 工法樁在施工期間對既有線的影響，尤其是對既有線沉降及水平位移變形影響，在既有線內(nèi)布置了監(jiān)測點。監(jiān)測點分為3 類：隧道結(jié)構(gòu)頂部沉降、隧道收斂監(jiān)測點、道床監(jiān)測點。MJS 工法樁施工工期為2020 年8 月28 日至2020年10 月3 日，在施工前期及施工期間開展了同步跟蹤監(jiān)測[2]。

5.2 沉降監(jiān)測情況

5.2.1 道床沉降監(jiān)測

在施工初期階段，道床累計沉降值變化較大，單日數(shù)據(jù)最大變化可達20mm。經(jīng)研討分析，主要原因是監(jiān)測采用定時監(jiān)測，而白天既有線運營，車輛運行所形成的震動及風壓對監(jiān)測儀器等影響較大，若僅使用夜間監(jiān)測數(shù)據(jù)，可以看出道床累計沉降變化趨于穩(wěn)定，波動范圍在-0.4～-0.6mm。但由于數(shù)據(jù)僅為夜間數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)結(jié)果具有一定的延遲性，不能即時的指導白天施工，對沉降變化做出預警，僅能夠為白天施工提供一定的參考，因此，現(xiàn)有監(jiān)測手段仍有較大的改進空間。

5.2.2 隧道結(jié)構(gòu)頂部沉降

結(jié)構(gòu)收斂及頂部沉降是結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測的重要數(shù)據(jù)，隧道收斂一般伴隨著拱頂沉降，揭示著隧道受壓變形。由圖1 和圖2 可知，MJS 工法樁施工期間，隧道變形情況符合上述規(guī)律。其拱頂最大的沉降值約為-0.53mm，收斂累計最大的位移值約為-0.44mm。但隨著施工進行，注漿控制壓力不斷調(diào)整，土體內(nèi)應力重新分布，直至施工結(jié)束，隧道變形量控制在0.21mm 以內(nèi)?？梢钥闯?，施工中隧道周圍加固土體容重提高，導致既有隧道所受重力增加，隧道結(jié)構(gòu)整體受壓變形，但變形量較小，證明在對深層位置進行土體加固時，采用MJS 技術可以減小對周圍環(huán)境的影響[3]。

圖1 隧道頂部累計沉降變化圖

圖2 隧道收斂累計變化圖

6 結(jié)論及建議

通過本文的分析，得出以下結(jié)論和建議：

1）MJS 工法對既有線加固取得了預期效果，未對既有線造成影響。施工過程中既有線結(jié)構(gòu)沉降、變形未發(fā)現(xiàn)異常；

2）MJS 工法雖費用較高，但避免了管線遷改，整體工期縮短，贏得了監(jiān)理和業(yè)主單位的認可；

3）在類似項目的施工監(jiān)測中，應考慮既有線運營對監(jiān)測的影響，車輛運行所產(chǎn)生的震動、風壓等對監(jiān)測儀器的影響；

4）夜間監(jiān)測數(shù)據(jù)雖能夠反映施工出沉降，但白天施工期間的沉降無法測得，缺少有效的控制預警手段。因此，有效的監(jiān)測方法或監(jiān)測儀器是此類監(jiān)測主要的研究方向。