中心城區近地鐵頂管井洞口全方位高壓噴射工法加固技術應用

侯森

[上海公路橋梁（集團）有限公司，上海市 200433]

0 引言

非開挖管道施工技術廣泛應用于城市給排水、電力管線等市政工程領域，而頂管法施工是其中最重要的方式之一，具有環境影響小、相對造價低、穿越復雜地層適應性強等特點。隨著城市建設的不斷發展，對于頂管工藝的需求日益增大，而頂管工作井的設計也向著“深”、“大”方向不斷發展，復雜的施工環境致使工程難度不斷增大[1]。

全方位高壓噴射工法（Metro Jet System，MJS）是由傳統旋噴樁技術改進、演變而來，其核心技術是主動排泥和孔內壓力監測，施工更加靈活、加固強度更高，能最大限度地降低對周邊土體和建（構）筑物的影響，對周邊環境具有更好的控制和保護效果。本文從工程實際出發，詳細介紹了MJS工法在近地鐵頂管工作井支護結構中的應用。

1 工程概況

上海市靈石路（共和新路-滬太路）電力電纜隧道工程位于靈石路沿線，隧道全長約2 660 m，內徑3.5 m，頂管法施工。沿線共設置5座頂管井，其中4#~5#段需下穿上海地鐵1號線及共和新路高架，全長263.1 m。4#頂管井位于靈石路共和新路西側靈石路非機動車道中央，內徑10 m，外徑12 m，采用地下連續墻圍護結構，鋼筋籠整體一次成型吊裝入槽，鋼筋混凝土圍檁支撐明挖順作法施工；地下連續墻分7幅施工，厚度為1 m。4#頂管井與地鐵位置關系示意圖見圖1。4#頂管井緊鄰地鐵1號線，井邊緣距隧道結構外邊線35.0 m，東側過渡井外緣距地鐵隧道結構僅29.3 m。

圖1 4#頂管井與地鐵位置關系示意圖（單位：m）

1.1 工程地質情況

4#頂管井場地內涉及地基土層類型及其力學參數見表1。其中，基坑開挖土層涉及的③、④和⑤1層為軟黏土，強度低，滲透性低，含水量高，壓縮性高，靈敏度高，具觸變性和流變性，開挖揭露時易發生坍塌并產生較大的回彈變形。

表1 地基土層類型及力學參數

由勘察成果顯示，場地地下潛水位埋深為1.15～2.60 m（標高1.11～3.77 m），受潮汐、降水量、季節、氣候等因素影響而變化，工程設計地下水位按-0.5 m計算。

1.2 工程重點難點

（1）接收井緊鄰運行中的地鐵1號線，地下連續墻接縫止水加固長度為38 m，涉及土層較多，存在不可預見的風險，且地鐵運營單位要求施工期間總沉降量不大于5 mm，對施工沉降控制要求極高。

（2）項目位于市區，施工場地內地下管線復雜，涉及權屬單位較多，管線搬遷工作量大，搬遷耗時較長，且搬遷空間有限，管線搬遷后仍存在于施工影響范圍內。

（3）場地南側緊鄰住宅小區，土體加固和基坑開挖期間可能引起周邊建（構）筑物的側向變形。

2 施工區域及方案設計

原設計地下連續墻接縫止水采用φ800@600高壓旋噴樁止水，每個接縫3根止水樁，呈梅花狀分布，加固至地下連續墻底部，水泥摻量25%，7個地下連續墻接縫累計共21根止水樁。頂管進出洞口加固為φ800@600高壓旋噴樁，深度為10.14 m，頂管上部及下部各加固深度3 m（頂管外徑4.14 m），加固寬度10.14 m，延頂管軸線方向水平加固長度5 m，呈圓弧樁布置，水泥摻量25%。

原設計高壓旋噴樁加固示意圖見圖2。

圖2 原設計高壓旋噴樁加固示意圖（單位：mm）

由于本項目4#洞口加固距地鐵1號線過近，且地下連續墻接縫止水施工涉及土層較多，特別是存在承壓水及微承壓水土層，因此存在不可預見的風險。另外，施工范圍內隧道區間運行時間較長，區間上行線累計最大沉降量為-40.22 mm，下行線累計最大沉降量為-29.33 mm；上行線累計最大收斂66 mm，下行線累計最大收斂73 mm，且地鐵運營單位對施工沉降控制要求極高。施工期間地鐵隧道結構保護要求見表2。

表2 施工期間地鐵隧道結構保護要求

此外，由于高壓噴射注漿法產生的泥漿只能被動排除，高達80%[2]的孔內泥漿會被擠壓排至地面，污染較為嚴重。且施工時無法控制地內泥漿壓力，極易造成地內壓力波動，從而導致地面隆起。

為減少施工對地層的擾動，確保對地鐵1號線的保護，擬將地下連續墻接縫止水樁及洞口加固的高壓噴射注漿法改為MJS施工。

3 MJS技術及施工工藝

3.1 MJ S工藝原理

MJS的施工原理與高壓噴射注漿法基本相同。加固材料以高壓流體的形式從噴射口射出，伴隨著導管在設定高度內不斷旋轉提升，從而形成具有一定強度的加固土體[3]。其核心技術是使用前段施工裝置探測地內壓力并傳至控制中心，從而調節主動排泥系統吸走多余泥漿，保持孔內壓力為某個恒定值（見圖3）。如此可大大降低施工中形成的廢棄漿液對周邊輻射范圍內環境的影響，確保成樁質量[4]。

圖3 MJ S工作原理

與傳統的高壓旋噴單管法、雙管法及三重管法技術不同，MJS工法采用獨特的多孔管技術。MJS多孔管鉆桿內部除連接孔外，有多達11個孔用于供應空氣、水、硬化材料以及排漿（見圖4）。

圖4 MJ S多孔管

3.2 施工范圍及參數控制

地下連續墻接縫止水樁及頂管洞口處加固均采用φ2400MJS樁，其中頂管洞口處MJS樁間搭接800 mm。MJS加固形式示意圖及相關施工參數見圖5、表3。

圖5 MJ S加固形式示意圖

表3 MJ S相關施工參數

新地下連續墻接縫止水樁長36.5 m，樁頂高程3.70 m，樁底高程-32.8 m，地下連續墻接縫止水樁由原設計3根梅花狀樁改為1根；頂管進出洞口加固樁長10.14 m，樁頂高程-8.18 m，樁底高程-18.32 m。

3.2.1 施工準備

施工前做好工程放樣，根據施工圖紙在現場確定軸線和孔位；對施工人員進行技術交底與安全教育；相關材料（水泥桶倉、泥漿池、水泥）應滿足施工要求等。

3.2.2 施工流程

樁位放樣裝機就位后導孔施工，對接鉆桿和鉆頭；動力頭360°轉動，將鉆桿鉆入土體，達到預定高度后開啟回流氣和回流高壓泵；打開排泥閥門，開啟高壓水泥漿泵和主空壓機，當底部噴漿不少于2 min后提升鉆桿和注漿管至設計頂標高（密切監測地內壓力），清洗管路；噴漿結束，移機。

進行MJS工法施工時，必須全程加強對現場及周邊環境的監測，指導施工。

3.2.3 質量保證措施

（1）做好施工過程中的質量管理與相關參數記錄，對每一道工序實施閉環的工作控制。

（2）樁身垂直度是檢驗成樁效果的重要參數，需控制每個孔位誤差不大于50 mm，鉆桿垂直度誤差不大于1%。

（3）施工前對設備進行檢修保養，盡量防止中段施工的現象發生。如發生噴漿中斷，再次復噴時應將鉆桿下放至中斷高度下500 mm，以防止出現斷樁。

（4）配漿參數應嚴格按照設計要求進行，派專人每日檢查漿液質量。

（5）為保證成樁質量，應進行跳樁施工，保證單樁成樁時間不小于24 h。

（6）施工過程中對地內壓力進行實時監測，根據施工情況及時調整地內壓力設置系數。施工過程中發現冒漿、不反漿等不正常情況時，應暫停施工，待調整至正常情況后，方可繼續施工。

3.2.4 施工效果

（1）MJS施工期地面沉降監測：本工程MJS施工以頂管井西側樁位為試驗段，施工前在井位西側設置3排沉降監測點，每排設置2處，間隔5 m，共計6處沉降監測點位。沉降監測點位布置圖見圖6。

圖6 沉降監測點位布置圖

MJS施工期間頂管井西側地層沉降量變化見圖7。由圖7可知，至井位西側MJS施工完成，6處沉降監測點累計最大隆起量為1.03 mm（T3點），累計最小隆起量為0.38 mm（T6點）。由此可見，MJS施工對周邊地層影響遠遠小于地鐵周邊監測控制值，處于安全可控范圍內。

圖7 MJ S施工期間頂管井西側地層沉降量變化

（2）洞口探孔監測：本工程頂管井采用地下連續墻工藝，頂管進洞前需打設探孔來判定洞口土體加固質量與滲漏情況。打設探孔示意圖見圖8。如圖8所示，在洞門沿十字方向按順序先鑿除5個直徑5 cm的探孔，探孔深度需不小于1.5 m（貫穿混凝土并進入加固區域），每個探孔鑿出后需靜置0.5~1.0 h。圖9為4#接收井洞門探孔實圖，探孔打設后順孔洞有少量清水流出，留置一段時間后已無滲漏水，可以推測洞口MJS加固效果較好，洞口范圍內無滲流通道產生。

圖8 打設探孔示意圖

圖9 探孔實圖

4 結 語

（1）MJS工法應用于近地鐵區域頂管井加固具有良好的實施效果，施工期間未發生擠土效應，地面累計最大、最小隆起量分別為1.03 mm、0.38 mm，對周邊環境影響較小。

（2）MJS樁施工自動化集成性能較高，能夠設定相關施工參數及主動排泥，方便泥漿的管理，減少對周邊土體的擾動，有效降低工程的施工風險。

（3）隨著城市的不斷發展，MJS施工將向著樁徑更大、深度更深、環境更加復雜的方向發展，未來必將出現更多創新的施工技術與方法。