MJS 工法在杭州地鐵 3 號(hào)線盾構(gòu)隧道中的應(yīng)用

陳用偉，馮 師，柳滿軍，姚良浩（.杭州市地鐵集團(tuán)有限責(zé)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(jiǎn)稱MJS 工法，是高壓噴射注漿工法的改進(jìn)方法，由日本學(xué)者Nakashima 等人所提出，與普通高壓注漿不同點(diǎn)在于主動(dòng)排泥和地內(nèi)壓力監(jiān)測(cè)[1]。MJS 工法具有成樁直徑大，對(duì)周邊地層擾動(dòng)下，污染小等特點(diǎn)[2]，我國于 2008 年由日本引進(jìn)該工法，廣泛應(yīng)用于樁基加固[3]、盾構(gòu)工作井基坑加固[4]、隔離樁等工程中。

本文以杭州地鐵 3 號(hào)線 SG 3-6 標(biāo)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(jìn)的新型小型化 MJS 鉆機(jī)及配套設(shè)備，在滿足低凈空條件下的鉆進(jìn)、移位、人工拆裝等施工要求下，開發(fā)了一種適用于地鐵運(yùn)營(yíng)盾構(gòu)隧道內(nèi)的特殊的低擾動(dòng)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(hào)線武林廣場(chǎng)站～西湖文化廣場(chǎng)站我間隧道尚目前未運(yùn)營(yíng)。隧道所處地層為淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，因左線隧道東側(cè)杭州中心基坑開挖施工導(dǎo)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(hào)線左線最近距離約 38.5 m。為保證地鐵隧道結(jié)構(gòu)安全，開發(fā)了一套基于 MJS 工法的低擾動(dòng)高壓注漿系統(tǒng)對(duì)隧道進(jìn)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(duì)隧道進(jìn)行加固，如圖其中隧道所示，底部及兩側(cè) 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(zhǎng) 6 m，兩側(cè)樁長(zhǎng) 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(shù)及施工工藝

2.1 MJS 法原理及施工設(shè)備

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

隧道內(nèi)MJS法施工設(shè)備主要包括專用小型 MJS 鉆機(jī)、泥漿集中管理裝置、高壓泵、水泥漿泵、空氣壓縮機(jī)等和其他輔助裝置。其中，專用小型 MJS 專用鉆機(jī)是 MJS 法最核心的施工設(shè)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(zhǎng)，90 mm 直徑的小型化定制鉆桿，相較于普通長(zhǎng) 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(chǎng)情況及已有施工經(jīng)驗(yàn)，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(shè)備吊裝至施工位置，吊運(yùn)過程中避免造成隧道及設(shè)備的損傷；設(shè)備吊運(yùn)同時(shí)根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙及現(xiàn)場(chǎng)情況，放樣孔位位置，并用噴漆及鋼釘做好標(biāo)記。及時(shí)對(duì)管片進(jìn)行開孔施工，開孔范圍與預(yù)埋件尺寸應(yīng)保持一致，隧道內(nèi)開孔必須采用二次開孔工藝確?，F(xiàn)場(chǎng)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(zhǔn)鉆頭和地內(nèi)壓力顯示器，確認(rèn)在鉆頭無荷載的情況下壓力顯示器示數(shù)為零。對(duì)接鉆桿和鉆頭，對(duì)接過程，應(yīng)認(rèn)真檢查密封圈情況，看是否缺失或損壞，并應(yīng)確保地內(nèi)壓力顯示正常；啟動(dòng) MJS 系統(tǒng)，動(dòng)力頭 360° 轉(zhuǎn)動(dòng)，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(zhuǎn)動(dòng)下鉆至設(shè)計(jì)標(biāo)高。鉆頭到達(dá)設(shè)計(jì)標(biāo)高后，開回流氣和回流高壓泵，確認(rèn)排漿正常后，打開排泥閥門，開啟高壓水泥漿泵和主空壓機(jī)，確認(rèn)各項(xiàng)參數(shù)正常后，在底部噴漿 ≥2 min 后逐步提升鉆桿；施工時(shí)密切監(jiān)測(cè)地內(nèi)壓力，壓力不正常時(shí)，必須及時(shí)調(diào)整。當(dāng)提升鉆桿后達(dá)到單根鉆桿長(zhǎng)度后，對(duì)鉆桿進(jìn)行拆卸。逐次噴漿、拆卸直到單根旋噴樁施工結(jié)束，從防噴裝置注漿孔注雙液漿對(duì)管片孔道進(jìn)行封堵。待現(xiàn)場(chǎng)穩(wěn)定，滿足設(shè)計(jì)要求后采用專用的封孔工藝對(duì)該施工孔位進(jìn)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(diǎn)

隧道內(nèi) MJS 施工采用了獨(dú)特的小型化多孔管和前端造成裝置，實(shí)現(xiàn)了孔內(nèi)強(qiáng)制排漿和地內(nèi)壓力監(jiān)測(cè)，并通過調(diào)整強(qiáng)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(duì)隧道的影響，而地內(nèi)壓力的降低也進(jìn)一步保證了成樁直徑。其主要的工藝特點(diǎn)如下。

（1）可以實(shí)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(huì)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(cè)和主動(dòng)排泥進(jìn)行壓力精確管理，可以較穩(wěn)定地控制孔內(nèi)壓力，對(duì)加固隧道的影響很小。

（3）通過地內(nèi)壓力的精準(zhǔn)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(zhì)量較好。

（4）泥漿污染少，有專用的排泥管進(jìn)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(diǎn)

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(cè)土層中進(jìn)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(jié)構(gòu)安全是隧道內(nèi) MJS 施工的關(guān)鍵工序，也是本工法施工過程中最大風(fēng)險(xiǎn)源。參考運(yùn)營(yíng)隧道內(nèi)“微擾動(dòng)”注漿開孔施工經(jīng)驗(yàn)，在避開管片主筋的前提下，利用專業(yè)開孔設(shè)備開孔并及時(shí)做好防水滲漏處理，施工過程中應(yīng)確保開孔位置準(zhǔn)確且復(fù)核無誤，如圖 3 所示。

圖3 隧道內(nèi)MJS開孔位置示意

開孔設(shè)備為 D 800 喜利得鉆孔系統(tǒng)，孔徑為 80 mm，孔深 200 mm（預(yù)留 150 mm 管片保護(hù)層），成孔后清理干凈，埋入專用預(yù)埋件，并在預(yù)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(yù)埋件與管片連接為一個(gè)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(qiáng)度達(dá)到要求即可安裝防噴閘閥，并通過閘閥和預(yù)埋件，采用取芯鉆鉆穿管片，并及時(shí)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(rèn)孔位無涌水風(fēng)險(xiǎn)，及時(shí)拆除防噴裝置。在預(yù)埋件孔口內(nèi)徑填置專用封孔密封板，密封板與預(yù)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(yù)埋件上設(shè)置 20 mm×20 mm 永久方形鋼蓋板，蓋板厚 10 mm。蓋板四角鉆孔設(shè)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(jī)與后端的壓力泵距離較遠(yuǎn)，為保證前端施工時(shí)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(shí)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(shí)，該比例漿液在長(zhǎng)距離管路中輸送時(shí)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(jìn)行了不同配比的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，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(qiáng)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(gòu)管片，但由于其可以實(shí)時(shí)監(jiān)控地內(nèi)壓力大小及回漿情況，對(duì)盾構(gòu)管片擾動(dòng)很小且實(shí)時(shí)可控，為保證成樁半徑及成樁質(zhì)量，注漿壓力應(yīng)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(dǎo)致局部壓力過大，經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)總結(jié)，確定施工過程中水壓力應(yīng)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(yīng)按照注漿位置深度1.2～1.5 的系數(shù)調(diào)整，保證與該處土體自重應(yīng)力相對(duì)應(yīng)，最大程度減少影響范圍內(nèi)土層的應(yīng)力變化對(duì)隧道的擾動(dòng)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工情況以及施工過程中實(shí)施反饋來的隧道跟蹤監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，施工漿液流量應(yīng)控制在 85～100 L/min，鉆桿提升速度保持在 40 min/m 時(shí)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(yàn)

施工結(jié)束后，對(duì)成樁體進(jìn)行l(wèi)鉆孔取芯檢驗(yàn)。結(jié)果表明成樁完整性很好，加固體強(qiáng)度也滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，均＞1.2 MPa，成樁質(zhì)量相較于普通的 MJS 有比較大的提升。

4.2.2 隧道監(jiān)測(cè)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(duì)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(jié)束后一段時(shí)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(dá)到施工整治預(yù)期目標(biāo)。

5 結(jié) 語

本文以杭州地鐵 3 號(hào)線盾構(gòu)隧道為依托工程，在 MJS工法基礎(chǔ)上對(duì)其進(jìn)行了改進(jìn)，并提出了施工流程，介紹了該方法施工控制要點(diǎn)。主要得出以下結(jié)論：

（1）利用成熟高效的 MJS 工法，采用新型小型化設(shè)備，可以直接在隧道內(nèi)對(duì)病害進(jìn)行永久的加固整治，即能實(shí)現(xiàn)對(duì)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(chǎng)地限制的影響，相較于其他隧道加固方法有明顯的優(yōu)點(diǎn)，尤其是在運(yùn)營(yíng)地鐵隧道下臥土層永久治理方面更有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

（3）MJS 施工對(duì)隧道有一定的抬升作用，待施工結(jié)束后一段時(shí)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(dá)到施工整治預(yù)期目標(biāo)。