MJS 工法在杭州地鐵 3 號線盾構隧道中的應用

陳用偉，馮 師，柳滿軍，姚良浩（.杭州市地鐵集團有限責任公司，浙江杭州 38000；.城盾隧安地下工程有限公司，上海 008）

全方位高壓噴射工法（Metro Jet System），簡稱MJS 工法，是高壓噴射注漿工法的改進方法，由日本學者Nakashima 等人所提出，與普通高壓注漿不同點在于主動排泥和地內(nèi)壓力監(jiān)測[1]。MJS 工法具有成樁直徑大，對周邊地層擾動下，污染小等特點[2]，我國于 2008 年由日本引進該工法，廣泛應用于樁基加固[3]、盾構工作井基坑加固[4]、隔離樁等工程中。

本文以杭州地鐵 3 號線 SG 3-6 標我間隧道為依托工程，介紹了利用成熟高效的 MJS 工法，采用自行改進的新型小型化 MJS 鉆機及配套設備，在滿足低凈空條件下的鉆進、移位、人工拆裝等施工要求下，開發(fā)了一種適用于地鐵運營盾構隧道內(nèi)的特殊的低擾動高壓注漿系統(tǒng)，以期為今后類似工程提供參考。

1 工程概況

杭州地鐵 3 號線武林廣場站～西湖文化廣場站我間隧道尚目前未運營。隧道所處地層為淤泥質粉質黏土，因左線隧道東側杭州中心基坑開挖施工導致該段隧道產(chǎn)生較大的差異沉降變形。基坑面積約 2910 m2，開挖深度為6.75～16.95 mm，距離地鐵 3 號線左線最近距離約 38.5 m。為保證地鐵隧道結構安全，開發(fā)了一套基于 MJS 工法的低擾動高壓注漿系統(tǒng)對隧道進行了加固整治。加固范圍為該我間左線 353～401 環(huán)，采用 MJS 工法形成的樁體對隧道進行加固，如圖其中隧道所示，底部及兩側 45° 方向布置三根加固體樁，樁頂緊貼隧道外壁，樁徑 1.4 m，底部樁長 6 m，兩側樁長 4 m，樁體縱向間距均為 2.4 m。MJS 加固示意圖見圖 1。

圖1 MJS 加固示意圖

2 隧道內(nèi) MJS 法技術及施工工藝

2.1 MJS 法原理及施工設備

隧道內(nèi) MJS 工法加固原理是直接在盾構管片壁后采用高壓流體切割地層，同時噴射硬化材料，最終形成具有一定強度的緊貼盾構管片的加固樁體。該工法的核心技術是新型小型化 MJS 鉆機在加固過程中的主動排泥和孔內(nèi)壓力監(jiān)測，這主要依靠的是專用的前端施工裝置，該裝置含有一個主動排泥口和地內(nèi)壓力傳感器。

隧道內(nèi)MJS法施工設備主要包括專用小型 MJS 鉆機、泥漿集中管理裝置、高壓泵、水泥漿泵、空氣壓縮機等和其他輔助裝置。其中，專用小型 MJS 專用鉆機是 MJS 法最核心的施工設備，其高度為 930 mm，能滿足在隧道內(nèi)施工的凈空要求，施工鉆桿也采用 500 mm 長，90 mm 直徑的小型化定制鉆桿，相較于普通長 1 500 mm，直徑 142 mm 的施工鉆桿，更適合在隧道內(nèi)的狹小空間施工作業(yè)。

2.2 隧道內(nèi) MJS 施工流程

根據(jù)現(xiàn)場情況及已有施工經(jīng)驗，隧道內(nèi) MJS 施工流程主要步驟如下：將整套洞內(nèi) MJS 施工設備吊裝至施工位置，吊運過程中避免造成隧道及設備的損傷；設備吊運同時根據(jù)設計圖紙及現(xiàn)場情況，放樣孔位位置，并用噴漆及鋼釘做好標記。及時對管片進行開孔施工，開孔范圍與預埋件尺寸應保持一致，隧道內(nèi)開孔必須采用二次開孔工藝確保現(xiàn)場安全，開孔施工步驟如圖 2 所示；連接系統(tǒng)電源及數(shù)據(jù)線，校準鉆頭和地內(nèi)壓力顯示器，確認在鉆頭無荷載的情況下壓力顯示器示數(shù)為零。對接鉆桿和鉆頭，對接過程，應認真檢查密封圈情況，看是否缺失或損壞，并應確保地內(nèi)壓力顯示正常；啟動 MJS 系統(tǒng)，動力頭 360° 轉動，將專用小鉆桿鉆入防噴內(nèi)。連接水龍頭和鉆管，打開削孔水，切割土體轉動下鉆至設計標高。鉆頭到達設計標高后，開回流氣和回流高壓泵，確認排漿正常后，打開排泥閥門，開啟高壓水泥漿泵和主空壓機，確認各項參數(shù)正常后，在底部噴漿 ≥2 min 后逐步提升鉆桿；施工時密切監(jiān)測地內(nèi)壓力，壓力不正常時，必須及時調整。當提升鉆桿后達到單根鉆桿長度后，對鉆桿進行拆卸。逐次噴漿、拆卸直到單根旋噴樁施工結束，從防噴裝置注漿孔注雙液漿對管片孔道進行封堵。待現(xiàn)場穩(wěn)定，滿足設計要求后采用專用的封孔工藝對該施工孔位進行永久封閉，完成該孔位 MJS 施工。隧道內(nèi) MJS 施工流程示意圖見圖 2。

圖2 隧道內(nèi)MJS施工流程圖

2.3 隧道內(nèi) MJS 法工藝特點

隧道內(nèi) MJS 施工采用了獨特的小型化多孔管和前端造成裝置，實現(xiàn)了孔內(nèi)強制排漿和地內(nèi)壓力監(jiān)測，并通過調整強制排漿量來控制地內(nèi)壓力，使深處排泥和地內(nèi)壓力得到合理控制，由于地內(nèi)壓力的穩(wěn)定減小了施工中出現(xiàn)的各種變形，大幅度減小了對隧道的影響，而地內(nèi)壓力的降低也進一步保證了成樁直徑。其主要的工藝特點如下。

（1）可以實現(xiàn)全方位高壓噴射注漿施工，隧道內(nèi)水平、傾斜、垂直方向等任意角度的施工。

（2）傳統(tǒng)高壓噴射注漿法僅僅通過氣升作用自然排泥，通常會造成孔內(nèi)壓力偏大，容易使地表隆起，MJS 法可通過孔內(nèi)壓力監(jiān)測和主動排泥進行壓力精確管理，可以較穩(wěn)定地控制孔內(nèi)壓力，對加固隧道的影響很小。

（3）通過地內(nèi)壓力的精準控制，能保證較大的噴漿壓力，提高噴嘴處工作效率，確保加固樁徑較大，樁身質量較好。

（4）泥漿污染少，有專用的排泥管進行排漿，有利于泥漿集中管理，可保證隧道內(nèi)施工無污染。

3 隧道內(nèi) MJS 施工控制要點

3.1隧道內(nèi)開孔、封孔工藝

隧道內(nèi) MJS 施工是鉆穿管片，在緊鄰管片外側土層中進行加固樁體施工，如何選擇在隧道管片開孔位置而不損害管片，保證隧道結構安全是隧道內(nèi) MJS 施工的關鍵工序，也是本工法施工過程中最大風險源。參考運營隧道內(nèi)“微擾動”注漿開孔施工經(jīng)驗，在避開管片主筋的前提下，利用專業(yè)開孔設備開孔并及時做好防水滲漏處理，施工過程中應確保開孔位置準確且復核無誤，如圖 3 所示。

圖3 隧道內(nèi)MJS開孔位置示意

開孔設備為 D 800 喜利得鉆孔系統(tǒng)，孔徑為 80 mm，孔深 200 mm（預留 150 mm 管片保護層），成孔后清理干凈，埋入專用預埋件，并在預埋件與孔口管片間灌入植筋膠。植筋膠采用錨固植筋膠，能穩(wěn)定牢固將預埋件與管片連接為一個整體，并保持較好的抗?jié)B防水效果。灌入植筋膠24 h 后，待其強度達到要求即可安裝防噴閘閥，并通過閘閥和預埋件，采用取芯鉆鉆穿管片，并及時安裝專用防噴裝置，確保 MJS 施工過程中漿液不外溢，如圖 4 所示。

圖4 隧道內(nèi) MJS 施工開孔示意圖

待 MJS 噴漿完成后，在噴漿孔位填筑微膨脹水泥止水，并灌注環(huán)氧樹脂二次密封加固。封堵完成后，在確認孔位無涌水風險，及時拆除防噴裝置。在預埋件孔口內(nèi)徑填置專用封孔密封板，密封板與預埋件間滿焊加固，防止漏水；焊接完成后，焊接部位打磨處理，保證干凈清潔；在預埋件上設置 20 mm×20 mm 永久方形鋼蓋板，蓋板厚 10 mm。蓋板四角鉆孔設置膨脹螺栓，確保穩(wěn)定固定。并螺栓孔位灌注專用植筋膠提高抗拉拔穩(wěn)定性。永久蓋板安裝牢固、清理干凈后涂刷防火涂料，確保封孔穩(wěn)定持久，如圖 5 所示。

圖5 隧道內(nèi) MJS 施工封孔示意圖

3.2 水泥漿配比

由于施工過程中，前端的 MJS 主機與后端的壓力泵距離較遠，為保證前端施工時能有穩(wěn)定的高壓水泥漿液，須盡量減小水泥漿液在傳送過程中的能量損耗。傳統(tǒng)的 MJS 施工時由于前后端距離較近，漿液能量損失較小，通常采用水灰比 1∶1。但在隧道內(nèi)施工時，該比例漿液在長距離管路中輸送時黏稠較大，前端壓力下降明顯，且施工過程中極易出現(xiàn)堵管現(xiàn)象。為了確定合適的加固漿液配比，進行了不同配比的現(xiàn)場試驗，主要考察施工漿液壓力損失情況，前端泥漿回漿情況以及試塊強度影響情況。如表 1 所示，最后確定水灰比為1∶1.45～1∶1.51。

表1 漿液配比表

3.3 施工參數(shù)控制

隧道內(nèi) MJS 施工雖然緊鄰隧道盾構管片，但由于其可以實時監(jiān)控地內(nèi)壓力大小及回漿情況，對盾構管片擾動很小且實時可控，為保證成樁半徑及成樁質量，注漿壓力應按照≥40 MPa 施工，為確保施工過程中泥漿回漿通暢，避免產(chǎn)生回漿不暢導致局部壓力過大，經(jīng)過反復試驗總結，確定施工過程中水壓力應控制在 10～20 MPa，且回流氣壓力控制在0.5～0.7 MPa；

施工過程中地內(nèi)壓力的控制，應按照注漿位置深度1.2～1.5 的系數(shù)調整，保證與該處土體自重應力相對應，最大程度減少影響范圍內(nèi)土層的應力變化對隧道的擾動。根據(jù)現(xiàn)場施工情況以及施工過程中實施反饋來的隧道跟蹤監(jiān)測數(shù)據(jù)，施工漿液流量應控制在 85～100 L/min，鉆桿提升速度保持在 40 min/m 時隧道狀態(tài)最為穩(wěn)定。

4 整治效果分析

4.1 成樁效果檢驗

施工結束后，對成樁體進行l(wèi)鉆孔取芯檢驗。結果表明成樁完整性很好，加固體強度也滿足設計及規(guī)范要求，均＞1.2 MPa，成樁質量相較于普通的 MJS 有比較大的提升。

4.2.2 隧道監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

351～402環(huán)施工前、施工后沉降變形如圖 6、圖 7 所示。

圖6 施工前沉降變形

圖7 施工后沉降變形

由圖 6、圖 7 分析可知：施工前，該我域隧道一直未穩(wěn)定，隧道仍處在持續(xù)下沉中。MJS 施工對該我域隧道有一定的抬升作用，351～402 環(huán)沉降有所減小。施工結束后一段時間該我域隧道沉降變形基本穩(wěn)定，隧道沉降得到了控制，達到施工整治預期目標。

5 結 語

本文以杭州地鐵 3 號線盾構隧道為依托工程，在 MJS工法基礎上對其進行了改進，并提出了施工流程，介紹了該方法施工控制要點。主要得出以下結論：

（1）利用成熟高效的 MJS 工法，采用新型小型化設備，可以直接在隧道內(nèi)對病害進行永久的加固整治，即能實現(xiàn)對隧道的“微創(chuàng)”處理，又能保證穩(wěn)定持久的加固效果。

（2）該工法不但能適用于各類土層及深度條件，也不受施工場地限制的影響，相較于其他隧道加固方法有明顯的優(yōu)點，尤其是在運營地鐵隧道下臥土層永久治理方面更有其獨特的優(yōu)勢。

（3）MJS 施工對隧道有一定的抬升作用，待施工結束后一段時間該我域隧道沉降變形基本穩(wěn)定，隧道沉降得到了控制，達到施工整治預期目標。