MJS工法在盾构始发端加固中的运用

蔡虹，朱正国，罗支贵，范剑雄，亓培先，罗彬

（1中铁四局集团第四工程有限公司，安徽 合肥 230012；2安徽建筑大学建筑结构与地下工程安徽重点实验室，安徽 合肥 230601）

0 前言

随着我国的飞速发展，城市建设中，地铁的建设越发重要，因此盾构法成为地铁建设最为重要的施工方法。盾构施工过程中，如何加固盾构始发段，保证盾构安全始发及接收，避免泥土及地下水涌入工作井，使洞口土体在盾构经过该段时不坍塌是盾构法在隧道掘进的过程中必须要解决的难题。辛振省等人通过理论分析和工程实例相结合并进行数值模拟分析，从破坏场、应力场、位移场出发，确定盾构始发端合理的加固范围；吴韬等人通过归纳盾构出洞区加固土体稳定性分析的方法，得出抗滑移失稳通常是出洞加固中的安全控制的关键；我国传统的地基处理方法是高压喷射注浆法，然而张帆认为传统的施工方法成桩质量低，并且对周围环境扰动大；王志丰等人建立水平旋喷桩数值模拟，发现此施工方法使地表隆起并且数值为41mm；淮安东站盾构始发段采用MJS工法进行洞门加固，此工法从日本引进，在我国许多工程中得到运用并取得良好的效果。陈仁朋等人以长沙地铁4号线近距离下穿上覆2号线运营隧道工程为例，研究MJS水平桩的成桩效果，研究表明，MJS水平桩加固区域，地表的沉降较小，满足设计要求；周朋在砂卵石地层采用MJS工法对小净距既有运营线路进行水平加固，保证了既有区间的运营安全；李兴国等人以上海某地基加固为例，介绍了MJS工法的施工重点、难点及其解决的措施，实践证明，该工法具有施工扰动小、土压力稳定、施工效果可靠等优点。

1 工程概况

1.1 区间概况

淮安东站—盾构工作井区间隧道总长约563.634m，上行右线长度563.634m，下行左线长度561.877m，隧道为两条单洞单线圆形隧道，采用盾构法施工，如图1所示。区间隧道顶最大埋深25.1m，最小埋深18.5m；线间距为13.5m～19m，始发端中间工作井采用MJS加固方式，加固范围为水平长度10m，宽度为26.2m，深度为27.24m，MJS桩加固深度29m。始发端无管线，周边范围无建筑物，盾构工作井总长度39m，宽度为21.9m，采用地下三层双柱三跨矩形框架结构，本站主体结构顶板覆土约4.495m，标准段基坑深度约26.055m，盾构工作井吊装孔尺寸均为11.0×7.0m。

1.2 水文地质条件

沿线地表水主要为盾构工作井东北部水塘内的水，勘察期间水深约0.8m，对本工程有影响的承压水为第Ⅰ和第Ⅱ层承压水。第Ⅰ层承压水主要埋藏于砂质粉土和粉砂层中。勘察期间根据布置的层压水位观测孔观测水位埋深1.36～1.6m（平均值1.52m），水位标高为6.22～6.48m（平均值6.36m）。第Ⅱ层承压水主要埋藏于粉砂层中，水位埋深20.00m左右，水位标高为-12.00m。隧道上部土层可分为五层，分别由杂填土、粘土、砂质粉土、粉砂、粉质粘土等组成，其性质见表1。

图1 盾构始发示意图

土层物理力学性质参数表 表1

2 工程重难点

本工程包含1个盾构区间，涉及多次始发、接收，洞门加固效果不好时易出现坍塌、渗漏水现象，直接影响到隧道施工安全。确保盾构成功始发是盾构法施工的重要一步，因此要保证盾构从非土压平衡状态向土压平衡状态过渡，从而使盾构姿态不发生变化，地表不会发生较大沉降。盾构始发、到达需具备最基本的岩土工程条件：洞门稳定，地下水控制情况良好。根据工程地质、水文地质条件情况，始发端头掘进断面均为粉砂，含承压水，自稳能力差，易扰动，易坍塌，扰动后土体结构强度降低明显，不能满足盾构始发、到达的基本条件，需采取针对性的地基加固处理措施。

3 加固方式的选择

①三轴搅拌桩及其附属设施安装时间较长（10天左右），并且对施工区域要求大，施工机械高度大；在对地基的加固中，如果遇到障碍物，不能跨越施工，否则就会形成不连续的加固体，大大降低加固质量；成桩止水效果低于高压旋喷桩并且对周围环境扰动大。

②高压旋喷桩对施工区域需求大，施工机械高度大；对土层扰动较大，容易对地面造成隆起；其桩径根据地内压力的变化而变化，由于在施工的过程中，地内压力增大，其成桩直径和质量都远低于MJS工法。

③MJS工法可以全方位进行喷浆施工，即水平、倾斜、垂直各方向施工。其特有的喷浆方式使其在粉砂地层进行孔口密封施工时安全可行，并且此工法成桩直径大、质量好。施工时，喷射流初始压力达到40MPa，喷射流能量大，喷浆持续时间长。此工法泥浆专管专排，可以对排出泥浆集中管理，使得施工现场干净整洁。MJS喷浆工法可以对地内压力进行实时监测并且可以强制排浆，将土压力随时调整，此工法有效减小对周边环境的扰动和确保超深施工的成桩效果。

由于本工程施工主要在粉砂地层中进行，根据现场施工条件对此三种工法进行对比，选用MJS工法对洞门进行加固。MJS工法是一种新的注浆工艺，是在传统的高压喷射注浆的基础上增加了多孔管和前端造成装置，如图2所示。首先通过使用高压水泥浆将土体进行切割、搅拌，然后将孔内泥土混合液通过主动吸泥装置进行置换排出，最后通过前端的上的压力传感器对周边土体的压力进行监测，以此来确保盾构工作井始发及接收端加固区土体压力不发生较大变化，因此极大地提高了加固区的质量及强度。

图2 多孔管剖面示意图

4 MJS在工程中的应用

4.1 MJS工法桩施工

成孔和喷浆是MJS工法施工的两个阶段，成孔时，多孔管被顶出，直到伸入预定深度，并且钻杆与前端装置相连。对于超深度地基加固时，可先用钻机钻至设计深度成孔；喷射浆液阶段是将硬化材料以40MPa左右的压力通过喷嘴喷射出去，同时将高压水开启并进行真空吸浆，产生的多余泥土从多孔管排泥口排到地面，与此同时多孔管被抽回。喷嘴周围的土体在高压喷射流的作用下，土体结构遭到破坏，最终将土体和水泥浆液搅拌混合并凝结成具有一定抗压强度的固体。本工程中MJS工法桩施工工艺与技术参数如图3、表2所示。

4.2 现场取样检测

为了检验MJS工法桩的成桩质量，在工法桩施工完成后，对加固区进行现场垂直钻孔取样。如图5、图6所示，总共布置了12个取样孔，其中1号和6号取样孔在上行左线洞门上方位置布置，2号～5号取样孔在洞门两侧外扩大约1m位置，7号和12号取样孔在下行右线洞门上方位置布置，8号～11号取样孔在下行右线洞门两侧外扩大约1m位置布置。为研究工法桩加固性能，在施工完成后，凝期达到28d后，在图3所示的A、B取样孔进行钻孔取样，分别钻取6个试样，尺寸为90mm×90mm的圆柱体对其进行无侧限抗压强度测试。

5 效果分析

表3为12个试样的基本情况的统计，洞门直径为5.5m，距离地面20.1m，钻孔深度设定在18～26m之间，以保证钻孔深度能覆盖整个洞门加固区域，故MJS工法桩在施工时，控制的较为精确，其中1号、6号、7号、12号取样孔长度位于洞门上方，其取样长度在1.3～1.9m之间；其余取样孔位于洞门两侧，其取样长度在2.3～5m之间，总体来看工法桩成桩效果较好。

图3 MJS工法施工流程

图4 MJS现场施工图

图5 取样点布置

图6 加固取芯芯样

如表4所示，利用微机控制压力试验机测芯样的无侧限抗压强度，1号～6号试样的抗压强度在2.98～3.35MPa，其平均值为3.145MPa；7号～12号试样的抗压强度在2.74～4.13MPa，其平均值为3.482MPa。由表可知，MJS工法桩的无侧限抗压强度均大于设计值（0.8MPa），达到预期的结果。

施工参数 表2

芯样统计表 表3

6 结论

盾构始发前，采用MJS工法桩对洞门进行加固，经过垂直钻芯取样，测试芯样的无侧限抗压强度均大于设计强度，满足设计要求，并且对加固体进行了水平钻孔试水，无渗漏现象发生，使洞门成功破除，盾构机成功地从非平衡土压状态向土压平衡状态过渡，顺利始发。实践结果证明，采用MJS工法对始发端进行加固，达到预期效果。本工程施工可以为以后相似工程提供借鉴。

芯样测试表 表4