MJS工法樁在淺埋暗挖隧道穿越VI級圍巖(⑤號淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土)施工中的應(yīng)用

1、MJS工法樁在淺埋暗挖隧道穿越VI級圍巖（號淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土）施工中的應(yīng)用石 勇摘 要 文章介紹了MJS工法樁超前預(yù)加固技術(shù)在杭州市紫之隧道（紫金港路之江路）工程土建第1標段淺埋暗挖隧道穿越VI級圍巖（淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土）中的應(yīng)用。根據(jù)施工中所遇到的實際情況及施工難點，闡述了采用MJS工法的原因，對MJS工法的工藝原理、工藝特點、加固方案、施工技術(shù)參數(shù)、加固效果等進行了詳述，為類似工程提供參考。關(guān)鍵詞 淺埋暗挖隧道 MJS工法樁 預(yù)加固1 工程概況杭州市紫之隧道（紫金港路之江路）工程土建第1標段中的淺埋暗挖段西線K0+792.6K1+043、東線K0+840K1+083為VI級圍巖段（號淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘

2、土），采用超前管棚和小導管聯(lián)合超前支護，周邊預(yù)注漿加固和堵水，CRD工法施工。在施工過程中，由于號淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土自身的高壓縮、觸變、低強度等特性，隧道下部導洞開挖輪廓線外靠注漿加固難以達到有效改善土體強度的效果，鎖腳、鎖腰錨桿在號土層中的錨固作用不明顯，按照原有設(shè)計方案施工，開挖后隧道有整體沉降趨勢，拱頂發(fā)生沉降侵限。而且由于注漿加固的不均勻性及隨機性，開挖過程中兩側(cè)及底部土體有向內(nèi)擠壓拱架的作用力，隧道橫向收斂加劇，風險較大。為確保工程的安全、質(zhì)量，加強沉降控制，對淺埋暗挖段VI級圍巖已施工大管棚30m段進行了地面的MJS垂直加固和洞內(nèi)的MJS水平加固，實現(xiàn)對開挖斷面內(nèi)的拱頂超前大管棚強度補

3、強，側(cè)向拱架處的拱腳加固以及拱底進行封閉。圖1 為VI級圍巖段與MJS加固段平面位置圖。圖1 VI級圍巖段與MJS加固段平面位置圖2 工程地質(zhì)條件淺埋暗挖下穿之江路段開挖斷面全部位于淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土中，土體（號土，見圖2）呈灰色，流塑，飽和，厚層狀為主，屬軟土類，具有低強度、高觸變性和高壓縮性的特點。該層土易產(chǎn)生蠕動現(xiàn)象，開挖后自穩(wěn)能力極差，易坍塌，地面沉降難以控制，其主要物理參數(shù)見表1。表1淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土物理參數(shù)表參數(shù)含水量（%）土重度（KN/m3）塑限液限壓縮系數(shù)1-2（MPa）壓縮模量Es（MPa）固快粘聚力C（Kpa）固快內(nèi)摩擦角（度）42.817.220.836.10.782.98.8

4、8.4圖2 號淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土現(xiàn)場取樣照片3 MJS工法樁工藝原理及工藝特點MJS工法(Metro Jet System)又稱全方位高壓噴射工法， MJS工法在傳統(tǒng)高壓噴射注漿工藝的基礎(chǔ)上，采用了獨特的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(diào)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，使地內(nèi)壓力穩(wěn)定，也就降低了在施工中出現(xiàn)地表變形的可能性，大幅度減少對環(huán)境的影響，而地內(nèi)壓力的降低也進一步保證了成樁直徑。和傳統(tǒng)旋噴工藝相比，MJS工法減小了施工對周邊環(huán)境的影響。MJS工法具有以下工藝特點：（1）可以“全方位”進行高壓噴射注漿施工MJS工法可以進行水平、傾斜

5、、垂直各方向、任意角度的施工。特別是其特有的排漿方式，使得在富水土層、需進行孔口密封的情況下進行水平施工變得安全可行。（2）樁徑大，樁身質(zhì)量好噴射流初始壓力達40MPa，流量約90130 l/min，使用單噴嘴噴射，每米噴射時間3040min(平均提升速度2.53.3cm/min)，噴射流能量大，作用時間長，再加上穩(wěn)定的同軸高壓空氣的保護和對地內(nèi)壓力的調(diào)整，使得MJS工法成樁直徑較大，可達22.8m(砂土N<70，粘土C<50)。由于直接采用水泥漿液進行噴射，其樁身質(zhì)量較好，強度指標大于1.5Mpa。（3）對周邊環(huán)境影響小，超深施工有保證傳統(tǒng)高壓噴射注漿工藝產(chǎn)生的多余泥漿是通過土體

6、與鉆桿的間隙，在地面孔口處自然排出。這樣的排漿方式往往造成地層內(nèi)壓力偏大，導致周圍地層產(chǎn)生較大變形、地表隆起。同時在加固深處時排泥比較困難，造成鉆桿和高壓噴射槍四周的壓力增大，往往導致噴射效率降低，影響加固效果及可靠性。MJS工法通過地內(nèi)壓力監(jiān)測和強制排漿的手段，對地內(nèi)壓力進行調(diào)控，可以大幅度較少施工對周邊環(huán)境的擾動，并保證超深施工的效果。（4）泥漿污染少MJS工法采用專用排泥管進行排漿，有利于泥漿集中管理，施工場地干凈。同時對地內(nèi)壓力的調(diào)控，也減少了泥漿“竄”入土壤、水體或是地下管道的現(xiàn)象。（5）自動化程度高轉(zhuǎn)速、提升、角度等關(guān)系質(zhì)量關(guān)鍵問題均為提前設(shè)置，并實時記錄施工數(shù)據(jù)，盡可能的減少了人

7、為因素造成的質(zhì)量問題。4 MJS工法樁加固方案4.1 西線30m管棚段加固方案4.1.1 加固范圍及樁位布置西線隧道采用水平MJS與垂直MJS工法相結(jié)合的方式加固。西線兩側(cè)臨邊采用直徑1.3m有效長度10.1m垂直MJS工法樁加固，在西線右外側(cè)施工樁徑3.6m，有效加固長度4m的MJS工法樁，開挖時的鎖腳錨桿將嵌入樁體。水平施工采用17根樁徑2.4m半圓形MJS工法樁和3根全圓不帶主氣1.3m樁徑MJS工法樁對未開挖區(qū)域及拱底進行加固撐托，水平樁位布置見圖3，垂直樁位布置見圖4。圖3西線隧道MJS水平加固樁位布置圖及垂直工法樁斷面圖圖4西線隧道MJS垂直加固樁位布置圖4.1.1 施工技術(shù)參數(shù)1

8、）2.4mMJS工法樁參數(shù)（1）水灰比表2 2.4mMJS工法樁水灰比材料名稱水水泥規(guī)格自來水P.O42.5級重量比11（2）樁徑：2400mm （3）漿壓力：40MPa（4）空氣壓力：0.60.7 MPa（5）空氣流量：1.02.0Nm3/min（6）地內(nèi)壓力：1.31.6的系數(shù)（視地質(zhì)情況和監(jiān)測數(shù)據(jù)進行調(diào)節(jié)和控制） （7）成樁水平度誤差：1/100 （8）水泥用量：約3.3噸/米（9）回抽速度：40min/m（10）漿液流量：90100L/min2）3.6mMJS工法樁參數(shù)（1）水灰比表3 3.6mMJS工法樁水灰比材料名稱水水泥規(guī)格自來水P.O42.5級重量比11（2）樁徑：3600mm

9、 （3）漿壓力：40MPa（4）空氣壓力：0.60.7 MPa（5）空氣流量：1.02.0Nm3/min（6）地內(nèi)壓力：1.31.6的系數(shù)（視地質(zhì)情況和監(jiān)測數(shù)據(jù)進行調(diào)節(jié)和控制） （7）成樁水平度誤差：1/100 （8）水泥用量：約12噸/米（9）回抽速度：80min/m（10）漿液流量：180200L/min 3）1.3mMJS工法樁參數(shù)（1）水灰比表4 1.3m MJS工法樁水灰比材料名稱水水泥規(guī)格自來水P.O42.5級重量比11（2）樁徑：1300mm （3）漿壓力：40MPa（4）地內(nèi)壓力：1.11.2的系數(shù)（視地質(zhì)情況和監(jiān)測數(shù)據(jù)進行調(diào)節(jié)和控制） （5）成樁水平度誤差：1/100 （6）

10、水泥用量：約5噸/米（7）回抽速度：30min/m（8）漿液流量：180L/min4.2東線30m管棚段加固方案4.2.1加固范圍及樁位布置東線兩側(cè)臨邊采用直徑2.4m有效長度11.5m垂直MJS工法樁加固。由于東線在MJS工法樁加固前開挖尚未出管棚加固區(qū)，故對掌子面內(nèi)及拱頂和拱底均采用2.4m半圓形水平MJS工法樁加固，共計32根，水平樁位布置見圖5，垂直樁位布置見圖6。圖5 東線隧道MJS水平加固樁位布置圖及垂直工法樁斷面圖圖6 東線隧道垂直MJS工法樁平面圖4.2.2 施工技術(shù)參數(shù)1）2.4mMJS工法樁參數(shù)（1）水灰比表5 2.4mMJS工法樁水灰比材料名稱水水泥規(guī)格自來水P.O42.

11、5級重量比11 （2）樁徑： 2400mm （3）漿壓力：40MPa（4）空氣壓力：0.60.7 MPa（5）空氣流量：1.02.0Nm3/min（6）地內(nèi)壓力：1.31.6的系數(shù)（視地質(zhì)情況和監(jiān)測數(shù)據(jù)進行調(diào)節(jié)和控制）（7）成樁水平度誤差：1/100（8）水泥用量：約3.3噸/米（9）回抽速度：40min/m（10）漿液流量：90100L/min5 MJS工法樁加固效果本工程MJS工法樁自2014年7月17日開始施工至2014年11月8日全部完成，西線隧道于2014年10月1日開始開挖。通過對現(xiàn)場MJS工法樁鉆芯檢測，MJS工法樁在VI級圍巖段（淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土）粉土、粘土層中樁身28d無側(cè)限抗壓強度1.1Mpa，滿足設(shè)計強度1.0Mpa的要求，樁徑、樁長均達到設(shè)計要求。在MJS工法樁施工前，自2014年4月10日隧道開挖至2014年7月15日，地表沉降最大點為XCJ3，累計沉降-405.87mm（見圖7）；在MJS工法樁施工后，自2014年10月1日隧道恢復(fù)開挖至2014年11月19日，隧道開挖地表沉降累計變化最大點為XCJ4，沉降由MJS工法樁施工前-92.93mm變化至-141.53mm，累計沉降-48.6mm（見圖8）圖7 MJS工法樁施工前地表沉降曲線通過與現(xiàn)場施工后期開挖地表沉降對比，MJS工法樁有效地改良了加固區(qū)土體圖8 MJS工法樁施工后地表沉降曲線 通過施