MJS工法在上跨既有隧道基坑工程中的應用

薛清濤

摘?要：某明挖地鐵車站出入口基坑位于既有盾構區間正上方且鄰近年嘉湖，部分基底處于地下水豐富的砂卵石層與泥質粉砂巖交界處，用MJS工法對上跨段基坑內和基坑外土體進行了加固。現場經過試樁，獲取了正確的施工參數，取得了很好的加固和止水效果，上跨段基坑實現了分段垂直開挖，減小了既有盾構隧道的上浮，加快了基坑施工速度，值得類似工程借鑒參考。

關鍵詞：基坑;MJS工法樁;試樁;上跨既有隧道;加固止水

文章編號：2095-4085（2020）08-0109-04

目前，常用的基坑加固及止水方式有凍結法、深層攪拌樁、高壓旋噴樁、袖閥管注漿、WSS注漿等方法，這些土體加固方法都有一個共同的特點如后。施工過程中地內壓力不可控，容易造成地面隆起、地表開裂等，影響周圍建（構）筑物、地下管線設施的正常使用，甚至產生較為嚴重的破壞[1]。本工程地鐵出入口基坑正下方為已鋪軌試運行的盾構隧道，基坑開挖過程需采取措施防止區間隧道上浮及選取切實有效的止水方式防止樁間滲漏，提高基坑施工速度。

MJS工法是在原來高壓噴射注漿工藝基礎上，采用獨特的多孔管和強制排泥裝置，實現了泥漿強制排放和地內壓力監測，不僅成樁直徑大、質量好，還能減少對周邊環境的影響。

本文通過介紹MJS工法在該基坑工程中的應用經驗，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。

1?工程概況

長沙地鐵3號線烈士公園東站主體結構已施工完成并恢復路面，4號出入口位于車站主體結構西南角，基坑平面形狀呈L型，采用明挖法施工，設置一道混凝土支撐，兩道鋼支撐。基坑接主體一側與既有盾構隧道位置平行，基坑上跨長度23m，盾構區間管片外徑3000mm，厚度50cm，管片頂部距離基底1.8～2.2m，4號出入口平面位置見圖1。

原設計工況為完成出入口結構施工后再進行盾構施工，但受4號出入口管線遷改影響，盾構區間貫通后才進行區間上部圍護樁施工，隧道區間鋪軌完成并進行試運行后尚未開始基坑開挖。

出入口與隧道位置關系MIB模型見圖2。

1.1?地質水文情況

開挖范圍地層依次為①雜填土，厚度4.5m～6.7m;②淤泥質粉質黏土，深度2.2～6.2m;③粉質黏土，最大厚度6.6m;④細砂、圓礫，平均厚度1.8m;⑤殘積質粉質黏土，厚度0.5m;⑥強風化泥質粉砂巖。富水地層為砂卵石與泥質粉砂巖軟硬交界處。

1.2?周邊環境

基坑北側為12層的冰火樓小高層建筑，地下室一層，埋深4～5m，離基坑最近距離3m;南側為晚報大道，離基坑最近距離1 m;西側為年嘉湖，離基坑最近距離200m?；油夤芫€：6根10kV電力線、1根DN400自來水、1根DN1500的污水管。

2?工程重難點分析

（1）基坑鄰近年嘉湖，開挖后存在水系連通的可能。確保砂卵石層與泥質粉砂巖軟硬交接處不發生滲漏，保證基坑開挖及結構施工速度是本工程的重點。

（2）盾構區間提前完成，造成工況改變，導致隧道上方圍護樁嵌固深度不足，將引起圍護樁踢腳穩定性不足，如何提高基坑內被動區土體反力至關重要。

（3）因盾構區間正上方覆土厚度較?。?.8～2.2m），基坑開挖后圍護樁受力變形傳給盾構隧道的水平附加應力，加上隧道頂部基坑開挖卸載作用，將可能造成盾構隧道向中間擠壓變形，如何采取措施防止隧道上浮是重中之重。

綜上所述，基坑開挖前必須采取行之有效的方法，保證基坑加固及樁間止水效果。

3?MJS工法的具體應用

3.1?必要性分析

本工程施工選擇MJS工法的主要原因有以下幾個方面。

（1）根據東側附屬基坑開挖的暴露情況，雙管旋噴樁和三管旋噴樁在砂卵石層與泥質粉砂巖交界處止水效果較差，達不到預期的止水效果，造成基坑開挖、清底難度非常大，降低了工效。

（2）根據現場實際，場地較小，不適用于三軸攪拌樁等體積較大的設備進行施工，MJS工法設備小，對施工區域需求不大。

（3）MJS工法有強制排泥裝置，地內壓可控，不僅可以減少對盾構管片的影響而且成樁直徑大加固效果好，加固體強度高，能夠有效增加被動區土壓力。如圖3所示。

（4）MJS工法施工自動化程度高，施工參數均可以可以提前設定，能夠減少勞動強度和人為原因帶來的質量問題[2]。

3.2?MJS工法主要原理

MJS工法采用多孔鉆桿和帶有強制排泥裝置的鉆頭。鉆桿中心有專用的排泥通道，由于倒吸水流的作用，使排泥口的內部與外部形成壓力差，外面的泥漿被強制吸入，垂直向上的空氣流和水流壓力推動泥漿排至地面。如圖4～圖5所示。

另外，在MJS鉆頭的圓形噴口周圍有一個環形的空氣噴射環，在水泥漿射流的周圍形成了空氣保護膜，這種噴射方法用在土體或液體介質中噴射時，可減少噴射壓力的衰減，使之盡可能接近在空氣中噴射時的壓力衰減率，從而擴大噴射半徑。

3.3?設計概況及參數要求

MJS工法樁設計樁徑2m，中心間距1.2m，基坑內上跨隧道范圍共布置131根樁，基坑內加固范圍為基底以下1m，基底以上3m，有效樁長4m。基坑外共布置止水樁39根，止水樁底部深入巖層以下0.5m，頂設部加固至砂層以上0.5m，有效樁長2.5～4.0m。另外，為防止出入口斜坡段開挖時滲漏水，基坑內設置4根封端樁，封端樁加固范圍同樁外止水樁。

設計要求：注漿壓力≤40MPa，空氣壓力0.7MPa，地內壓制范圍0.1～0.3MPa，水灰比1 ∶1，水泥漿用量2m3/m，提升速度15min/m，鉆桿旋轉速度4r/min，漿液流量85L～100L/min。

3.4?主要施工流程

（1）引孔?本MJS主機不具備引孔功能，采用專用鉆機引孔，鉆孔直徑≥200mm，基坑內加固時，遇到支撐位置對樁位進行局部調整，保證孔位偏差不超過20mm。由于噴漿孔高于鉆桿底部50cm，成孔深度要比設計實樁樁底標高深50m，同時嚴控成孔底標高，防止對盾構管片的損害。

（2）護壁?根據現場實際，地層中含有淤泥層及砂卵石層，成孔過程中容易塌孔，現場使用膨潤土進行造漿，利用鉆機的循環泥漿功能有效的防止孔壁坍塌。

（3）下放鉆桿?引孔鉆機移除后，使用吊車將MJS主機吊裝對準孔位，利用主機自身調平功能進行調平。主機支腿底部務必保證地基堅實，主機下部可以鋪設強度較高的路基板作為支撐。鉆桿下放困難時需重新引孔或打開切削水鉆進，嚴禁使用主機液壓系統強制將鉆桿壓入。

（4）參數設置?鉆桿下放到設計位置后，開始校零，使表盤“0”刻度、高壓噴嘴、鉆桿上豎線標識處于同一條直線，然后設定好提升速度、回轉次數、噴射角度等開始噴漿作業。

（5）噴漿提升?噴頭到達預定深度后，先開倒吸氣和倒吸水，確認強制排漿正常時，開啟高壓水泥泵并逐步增壓，直到達到指定壓力才可開始提升。

（6）鉆桿拆卸、鉆機移位?成樁深度較深的時候，鉆桿需要隨提升（一般不超過4.5m）隨拆解，鉆桿拆解過程中需要注意檢查密封圈的完成性，鉆桿拆解后必須及時用清水沖洗防止鉆桿堵塞。本工程加固深度較淺，可以在單樁施工完成后再進行鉆桿拆解。

3.5?主要材料及設備

MJS工法采用42.5級散裝普通硅酸鹽水泥，水泥漿攪拌用水為自來水，自來水流量需滿足現場施工要求，現場接入流量>25m3/h。

設備配置詳見表1。

3.6?試樁施工及施工參數確定

根據場地實際情況，選取基坑內22#樁（360°噴射）和基坑外06#樁（180°噴射）進行試樁，試樁位置見圖6。試驗樁施工參數：提升速度2～2.5cm/min，注漿壓力38～40MPa，水灰比1 ∶1，漿液流量88L～91L/min，主空氣壓力0.8～1.0MPa，倒吸水壓力20MPa。

試樁完成15d后，為檢驗試驗樁的施工質量情況，分別對基坑外06#樁、基坑內10#樁進行了抽芯檢測取樣。抽樣位置分別為離樁位中心600mm、1200mm。根據現場實際抽樣結果分析，MJS工法樁在試驗樁的施工參數下進行施工擴散直徑至少可達2.4m，尤其在砂卵石層中水泥與砂子及卵石凝結效果更好，芯樣強度更高，試驗樁施工15d后的芯樣如圖6所示。

3.7?現場問題及解決措施

（1）廢漿處理。MJS工法排泥量大，實樁范圍內的土體被水泥漿1 ∶1置換并強制排出，高峰時段現場配置了2臺MJS設備進行施工，設備排泥量可達20m3/h，廢棄泥漿稠度很大，自然沉淀耗時長，廢漿不能直接排入市政管道。長沙地區白天泥漿無法外運，只能趁晴天夜間外運，大量廢漿泥漿不僅影響了施工進度還占用了寶貴的施工場地。

現場采用了絮凝劑沉淀和生石灰固化結合處理法。泥漿水中加入陰離子懸浮劑-聚丙烯酰胺（PAM），利用施工機械或泥漿泵循環使PAM與泥漿水充分混合。由于泥漿水是一種水中含有一定量的微細泥顆粒的懸浮液體，高分子絮凝劑是一類水溶性的高聚物，將其與泥漿水混合時，由于絮凝劑具有架橋、網捕、吸附和電性中和等功能，可以破壞泥漿水的穩定性，使泥顆粒從水中迅速凝聚、沉降，從而達到泥水分離效果，泥漿沉淀后上層清液可以直接排放[3]。

上層清液抽排后，將生石灰拌入泥漿中，在挖機的強制攪拌作用下使泥漿快速失水固化，達到直接裝車外運的目的。

（2）周邊環境保護。項目屬長沙市重點項目，出入口位置位于車站北路與晚報大道交叉口且周邊均為高檔小區，出入口上跨盾構隧道施工風險大，項目受關注度、文明施工要求高，針對上述情況采取如下措施。

①嚴格按照MJS試樁得到施工參數進行施工，尤其注重地內壓力的控制，防止地內壓過大造成地表隆起，管線變形。

②布設噴淋管道、霧炮機等除塵降塵設備并保持噴漿時開啟狀態，尤其在水泥罐自動加注水泥，泥漿加生石灰攪拌進行處理時有效控制了現場揚塵。

③在現場發電機煙囪及散熱口處設置了降噪裝置，夜間22：00以后停止施工，防止噪音擾民。

④加強周邊管線、既有隧道、建筑物的監測。專門針對下方隧道采用了智能化監測手段，在基坑正下方的隧道內布設了拱頂、道床、拱腰等變形監測點，利用智能化監測手段安全方便的實現了對隧道的24h監測。

（3）噴漿串孔。MJS成樁直徑大，噴漿時易發生串孔。噴漿串孔一是影響上個樁位的成樁質量，二是串孔施工使孔位堵塞，MJS主機鉆桿無法順利下放到位，需要二次引孔。為避免這種情況，現場引孔按照隔一引一或隔二引一，防止串孔發生。

4?實施效果

根據4號出入口基坑開挖階段現場揭示的情況，上跨段范圍采用MJS工法加固效果很好，各樁體相互嵌固，強度較高（28d抽芯單軸無側限抗壓強度3MPa，滿足設計不小于1.5MPa的要求），單純挖掘機開挖困難，需要炮機破碎后再開挖;同時，樁外止水效果較好，基底無較大滲漏點。上跨段基坑順利實現了垂直開挖、留土壓重、分段進行結構施工的目的。根據第三方監測數據，隧道累計最大上浮2.5mm，小于《城市軌道交通結構安全保護技術規范》（CJJ/T 202—2013）中的預警值10mm及控制值20mm。

5?結?論

在缺乏上跨既有盾構隧道出入口基坑施工經驗的情況下，采用MJS工法對基坑內進行加固和樁外止水取得了預期效果，雖然MJS工法樁費用較傳統旋噴樁價格較高，但取得了良好的加固效果，減小了隧道上浮，順序完成了上跨段出入口基坑及結構施工，贏得了監理和業主單位的認可。

參考文獻：

[1]宋銳.淺談MJS工法的施工原理及應用[J].城市建設理論研究（電子版），2012，（34）.

[2]張欽喜，陶韜，王曉杰，翟玉新.鉆孔灌注樁廢棄泥漿絮凝處理工程應用[J].土木工程，2015，4（6）：251-259.

[3]徐寶康.MJS工法在鄰近地鐵車站的深基坑中的工程實踐[J].建筑施工，2015，（07）：781-783.