MJS工法在地铁端头盾构洞口加固的应用

沈中江

(中铁十四局集团有限公司, 山东 济南 250000)

1 工程概况

宁波市轨道交通5号线一期工程线路是骨干线网络的扩展、填充线，线路从鄞州区布政到兴庄路站。线路全长27.945 km，其中地下线长27.629 km，地面线长0.316 km，共设22座车站，其中换乘站10座，分别与1、2、3、4、6、7、S3、K1、S4/K2线换乘(图1)。平均站间距1.27 km，最大站间距1.98 km。在破除端头围护结构和盾构进出洞施工的过程中，为了保障隧道端头土层结构的可靠性和稳定性，同时保证满足防水施工规范，根据设计文件本标段同德路站-石碶站区间端头井采用三轴搅拌桩+MJS全方位高压喷射进行盾构出口加固，为了提高车站结构和加固区域的可靠性和安全性，需要利用双层管高压旋喷桩工艺对围护结构和搅拌桩的中间层进行加固处理。

2 MJS工法介绍

MJS工法是全方位高压喷射工法的英文简称，该种工法和高压喷射注浆技术相比，装配了先进的对地内压力进行测量与控制的设备，在成桩施工的过程中利用该设备对地层形状进行合理的控制，显著的提升成桩质量，其优势主要包括以下几个方面[1～3]。

(1)对周围环境和邻近土体造成的影响较小。高压喷射桩工法的原理是利用气升作用把钻孔中的泥浆传输到地面，该种工法不能够对喷射注浆过程中产生的地内压力进行有效的控制，导致泥浆在地内压力的作用下向周围土体的缝隙中无规则游走，会对周围土层和地下水造成一定的污染。利用MJS工法进行钻进施工，通过泥浆管能够把产生的泥浆排到泥浆池中，同时还能够实现对地内压力的调整和控制，可以显著的降低对周围环境、邻近土体以及地下水造成的危害。

(2)加固效果好和稳定性高。高压喷射桩的成桩直径相对较小，并且加固的深度小于40 m，随着深度的增加，喷嘴的效率逐渐的降低，加固效果不断变差。采用MJS工法能够对地内压力进行有效调控，加固深度远高于高压喷射桩，并且加固效果更好，稳定性更高，并且不会出现深部喷嘴堵塞的问题，提高喷射效率。

(3)喷射角度随意调整，且成桩质量高MJS工法在应用的过程中能够对地内压力进行科学的调控，同时周围水土压力不会对喷嘴喷出泥浆的扩散现象产生阻碍，能够和周围土体进行良好、均匀的混合，成桩质量高，同时还能够对喷射角度进行任意调整，施工灵活度较高，28 d对桩体强度进行检测，其强度能够达到1.5 MPa。喷射初始压力可达40 MPa。加固土体的形状可360°调控，加固深度较高压喷射桩增加20 m，并且成桩直径更大，可以增加至3.3 m (图2)。

图2 MJS工法桩旋喷示意

3 MJS端头加固方案

同德路-石碶区间盾构端头采用MJS全方位高压喷射桩及水泥搅拌桩加固，端头加固平面宽度为9 m，加固深度为地面盾构隧道管片底下3 m(图3)。MJS高压旋喷桩设计桩径为2.2 m,搭接长度为300 mm.空气压力介于0.5～0.7 MPa之间，注浆的压力控制在40 MPa左右，水泥掺量控制在30%左右，全圆提升速度约30～40 min/m，成桩后28天龄期无侧限抗压强度超过1.5 MPa，渗透系数小于10(-7) cm/sec。

图3 同德-石碶区间MJS工法桩布置

4 施工工艺

(1)周边环境调查。施工区域周边管线复杂，主要管线为10 kV电力管线，DN800给水管，施工过程中应针对施工现场附近已知管线布置监测点，对区域内管线进行监测，保证施工安全。

(2)测量放样。为了保证测量的准确性和精度，采用全站仪进行测量放样处理，根据施工现场的实际情况做好控制点的布置工作，并做好桩位放样工作。

(3)引孔。提前进行引孔施工，能够显著提升桩体质量，在引孔施工过程中需要做好成孔倾斜度的检查工作。因为MJS工法对成孔质量的要求非常高，所以必须严格按照既定的参数进行设置，避免出现桩位中心和成孔中心之间的误差超过5 cm的情况发生，垂直度的误差需要控制在1/200以内，成孔深度需要超过设计深度。

(4)MJS流程如图4所示。在施工的过程中需要做好各种机械运行状况的检测工作，保证MJS管理设备、搅拌设备、高压泵以及主机等机械能够稳定、高效的运行，调整好机架的平整度后对主机进行较零处理。下放钻杆施工时需要把钻杆下放到既定的深度，若在下放钻杆时出现钻杆无法下降的情况，需要将削孔水打开，一边削孔一边下放，直至设计的深度。在进行钻头和钻杆对接施工过程中，必读对密封圈的密封度进行全面、严格的检查，避免出现密封圈损坏的情况，做好地内压力检查工作，防止出现地内压力显示不正常的情况。当钻头钻至设计深度时，进行较零处理，保证钻杆白线、喷嘴以及动力头均处在统一直线上，调整好之后根据项目需求对工艺参数进行设置，例如回转数、摇摆角度等，工艺参数选定后进行改良处理。在正式施工时，需根据地铁车站端头的实际需要，全方位地进行水平、垂直和倾斜多方向高压喷射注浆，从而确保加固区域内没有空隙，以杜绝漏水等隐患，确保该工程的质量效果。位置固定之后进行泥浆喷射施工，首先进行倒吸空气和倒吸水流，当泥浆可以正常排出后，将阀门开启，同时将空压器和水泥泵的开关打开，进行泥浆喷射。泥浆喷射初期把压力调整在10 MPa，为了保证施工质量，需要将喷头调整至向上位置，先进行喷水处理，喷射0.5 m后把钻杆调整到既定的位置，再进行泥浆喷射施工。刚开始启用水泥泵喷射泥浆时，不能直接将压力调整到设定值，而是需要逐渐的提升压力。当压力上升至既定压力后，检查地内压力是否正常，如果正常则开始进行泥浆喷射施工，在喷射泥浆的过程中出现压力骤增、增减的情况，需要对压力进行适当调整。一根钻杆提升完成之后，先将水泥切换为水，然后再实施钻杆拆卸施工，按照上述步骤进行下一根桩体喷射施工[4，5]。

当使用排泥管装置排出废浆时，施工人员需要实时监控土体内部泥浆压力，以免因为土体内部压力异常而发生意外。同时，废弃泥浆可在施工的时送入指定的泥浆池内，以保证施工场地的清洁。

图4 MJS工法桩工艺流程

5 施工难点及分析

(1)常规工艺施工难度大。由于施工区域地面土层包括淤泥、粉质粘土、粉质黏土与粉砂互层、砾卵石和泥质细粉砂岩，其土层种类繁杂，强度等参数不同，因而对常规施工方式造成较大难度。

(2)施工区域地下情况复杂。施工区域位于宁波市市内，地下不仅有光纤、电线、排污管道等已有管线设施，还有地铁线路和建筑等区域，因而导致该区域回填土深度厚，地下障碍物多且难以清除。

(3)斜向与正向施工相结合。由于地铁车站已建成且每日地铁线路客流量较大，故在加固地铁车站端头时应尽量降低施工对社会秩序的影响，加固关键部位时应将斜向与正向施工相结合。

6 施工注意事项

(1)浆液配比严格控制，专人负责抽查浆液质量。

(2)引孔开始必须校平，钻杆就位后，开始喷射作业前，检查气泡情况，钻杆与下夹头之间的情况。

(3)喷浆过程中严格控制地内压力，不得超越上下限值，出现异常情况立即采取相应措施。

(4)分段施工喷射管分段提升的搭接长度不得小于200 mm。由于紧急情况出现中断时，恢复喷浆要将钻杆下放500 mm作为起始位置，避免出现断桩。

7 结语

在复杂地质条件下，MJS工法展现出了其优越性，能够克服场地净高等问题。既可以节省工程成本，缩短工期，又保证了地下工程的安全。MJS工法成桩的质量与施工参数的选择和施工过程中对施工参数的控制密切相关，因此正确的控制好施工参数成为了确保加固质量的关键。在隧道的盾构应用中，MJS加固多用于盾构机进出洞口范围加固，保证了盾构机进出洞时土体的可靠的自立性和不透水性。