水平MJS在地下通道中的施工應用

陳瀲

（中鐵三局集團有限公司，山西 太原 030001）

全方位高壓旋噴MJS（Metro Jet System）是一種新型微擾動高壓噴射注漿工藝，具有對環境擾動小、截面形狀可變、可傾斜或水平施工的特點[1-2]，可用于各類復雜條件下的地基加固及帷幕止水等[3-6]。

目前國內水平MJS應用尚不多見，僅5例左右[7-9]，該工藝的應用還有待于進一步研究和總結。

1 水平MJS特點

與垂直MJS相比，水平MJS具有以下特點。

1.1 需設置止漿閥門

為防止漿液從水平樁孔口外溢，水平MJS必須設置止漿閥門阻止引孔及噴漿過程中的漿液流失。

1.2 引孔方式不同

垂直MJS可采用各類地質鉆機等進行引孔，引孔后可根據地層的情況必要時采用泥漿護壁或增設部分護壁套管進行護壁。而水平MJS則需要考慮引孔后孔壁中泥漿的充填作用，盡管采用止漿閥門也無法保障在地質鉆機鉆桿回抽和水平MJS鉆機鉆入交錯作業時不產生漿液流失導致孔壁坍塌，因此水平MJS需在安裝止漿閥門后從止漿閥門中心穿越后利用自身鉆桿進行引孔。

1.3 成樁截面受限

垂直MJS可在5°～360°間任意設定噴射角度形成不同截面的樁體。但水平MJS漿液受重力影響，易向下沉積。因此水平MJS大部分僅適合設計成下半圓弧截面的樁型。設計成全圓樁時，樁徑不宜大于1.5 m。

1.4 平直度偏差要求高

水平MJS樁體平直度偏差過大極易影響樁體搭接質量，并且可能會影響樁體上、下方需受加固保護的對象，因此需高精度控制水平MJS平直度偏差。

2 水平MJS施工工藝

MJS水平地基加固樁基本施工流程為：金剛鉆機切割、穿透圍護結構→安裝止漿閥門→MJS樁機就位，安裝鉆桿進行引孔→回抽鉆桿、噴射成樁。

常規止漿閥門一般由3部分組成，其中第一部分為焊接固定在圍護結構上的外側法蘭盤，主要用于提供固定整個密封裝置基礎的作用；第二部分為密封裝置標準段，標準段內設芳綸盤根，芳綸盤根內抹潤滑劑，主要起到保護和密封鉆桿的作用，標準段一般設置2節；第三部分為控壓閥門，控壓閥門主要由插板閥和泄壓閥門組成，起到控制地基內壓力和壓力釋放效果。具體使用時根據地內壓力監控和閥門上的壓力表讀數，通過手動調整插板閥或泄壓閥的開閉幅度，起到提高或降低地內壓力的作用。

水平MJS施工過程應保持良好的施工精度。施工過程中地層的性質會影響到成孔姿態，尤其在砂層施工過程中鉆桿姿態變化幅度較大，因此主機操作手必須及時對鉆桿姿態進行測斜工序，以掌握成孔姿態，水平成孔需要以每鉆桿進尺1.5 m的頻率進行平直度測量，并利用糾偏鉆頭及時糾偏。測量時關閉設備排泥閥門，用倒吸水和倒吸空氣清洗干凈排泥孔，從排泥口處插入LED發光裝置，根據從管口可見發光體的LED燈的數量，得出成孔的水平偏差量。

糾偏一般采用在鉆桿端頭安裝糾偏鉆頭的方法，通過糾偏鉆頭定向地噴射高壓水將偏斜方向的土體進行切削形成符合平直度要求的孔，再重新進行引孔。

施工完下排水平MJS樁后，采用頂升平臺將鉆機進行頂升，并進行下一排水平MJS樁的施工作用。

3 工程概況

新建南京地鐵7號線中勝站暗挖下穿10號線中勝站，下穿凈距僅0.6 m。

下穿通道長度為21.4～27 m。暗挖工藝采用雙洞同步下穿，高度為7.813 m，寬度為8.95 m。洞底及兩洞間、兩側采用水平MJS加固，形成“山”字形加固體。7號線中勝站下穿暗挖段橫斷面如圖1所示。

圖1 7號線中勝站下穿暗挖段橫斷面圖

下穿段主要土層為②-3b淤泥質粉質黏土和②-3d粉砂夾粉土，坑底土層為②-4d中密粉細砂。下穿通道穿越主要土層為②-3b淤泥質粉質黏土和②-3d粉砂夾粉土，下伏②-4d中密粉細砂。相應土層主要物理力學性質指標如表1所示。

表1 土層特性表

4 加固體設計

分別按全圓Φ1 500 mm、半圓Φ2 400 mm和半圓Φ2 600 mm進行加固體設計。各樁型加固樁位布設分別如圖2～圖4所示。

圖2 全圓Φ1 500 mm加固體截面圖

圖3 半圓Φ2 400 mm加固體截面圖

圖4 半圓Φ2 600 mm加固體截面圖

上述樁型設計參數對比如表2所示（不含頂部8根全圓Φ1 500 mm樁）。

表2 各加固樁型設計參數對比表

由圖2～圖4可知，采用3種樁型的布樁方案，均可加固范圍，均覆蓋了設計加固體范圍。綜合對比，采用Φ2 400 mm半圓樁材料浪費較多。采用Φ1 500 mm全圓與Φ2 600 mm半圓加固總面積相當，但樁數明顯多于Φ2 600 mm半圓且施工難度較大，最終選擇采用Φ2 600 mm半圓的加固方式。

5 實施結果

主要施工參數如下：泥漿流量為80～85 L/min，泥漿壓力為40 MPa，空氣流量為0.8～0.9 L/min，空氣壓力為1.0 MPa，步距回抽時間為35～60 s；回轉速度為3.2 r/min，倒吸水流量為35～38 L/min，倒吸水壓力為5～10 MPa，地內壓力為0.18～0.25 MPa。

施工完成28 d后進行取芯，在成樁范圍垂直取芯進行分析。分別取全圓樁2根，在樁長中段部位取芯1孔，半圓樁2根，在不同水泥摻量的分節中段部位各取芯1孔。取芯深度如表3所示。

表3 試樁設計取芯深度表

取芯后芯樣長度及換算樁徑如表4所示。

表4 芯樣長度及換算樁徑

芯樣圖片如圖5所示。

圖5 部分芯樣圖片

對比不同土層中的成樁樁徑，從表4可知，在淤泥質粉質黏土地層中成樁直徑略大于砂性土中成樁直徑。總體而言成樁直徑都接近或大于設計樁徑，且水泥摻量越大時，成樁樁徑越大。

對比取得的芯樣強度，如表5和表6所示。

表5 全圓樁試樁水泥芯樣強度表

表6 半圓樁試樁水泥芯樣強度表

從表5和表6可以看出：全圓樁采取45%水泥用量施工，加固強度均可大于3 MPa，芯樣完整，砂層中試件強度高于位于黏土層的試件；半圓樁采取50%水泥用量施工，加固強度基本在3 MPa以上，芯樣完整度最佳，優于其他水泥用量施工結果。

6 結論

水平MJS是城市更新中既有建構筑物下空間開發中重要的保障措施[5]。本文通過介紹水平MJS的特點和施工工藝，以南京地鐵7號線中勝站下穿通道為例，介紹了水平MJS的設計和施工。根據實施結果，主要取得以下結論：①水平MJS在淤泥質粉質黏土中成樁直徑略大于砂性土中成樁直徑，但砂性土層中樁體強度高于黏土層中樁體強度，大部分芯樣強度可達3.0 MPa以上；②成樁直徑與水泥摻量存在關系，水泥摻量越大，成樁直徑越大；③考慮到半圓樁采用50%水泥摻量施工時樁徑略有不足，實際施工時主空氣壓力需進一步提高并增大流量，可滿足設計要求。