MJS高压旋喷桩在基坑围护结构断口处的应用

宋 欢

（中铁十四局集团大盾构工程有限公司，江苏 徐州221000）

MJS工法(metro jet system)又称全方位高压喷射工法，可以进行水平、垂直、倾斜各方向、任意角度施工，广泛应用于地下工程。在传统高压喷射注浆工艺的基础上，MJS 工法采用多孔管和前端装置，实现了地内压力监测和孔内强制排浆并通过调整强制排浆量来控制地内压力，大幅减少对环境的影响。自2008年引入中国以来，已经在基坑开挖、建筑物保护和地基改良等方面取得了良好的应用效果[1]。张雁[2]通过采用地质勘探、重力触探试验和抽水试验等方法，得出在砾石层厚度大、含砂量小、地层密实、含水层渗透性强的施工区无法成桩，而在条件相反的施工区成桩质量符合要求的结论。邵晶晶[3]使用MJS 工法和RJP工法解决了在邻近地铁车站的工程对周围环境实现零扰动及保证成桩质量的问题。赵香山[4]研究了扩孔成桩中位移控制和压力控制两种条件下的施工环境影响，得出MJS工法施工对周围土体的扰动和位移影响均较小的主要原因。叶琪[5]采用建筑物沉降位移等动态跟踪监测手段得到了MJS 工法桩施工期间临近既有建筑物的沉降和倾斜变化规律、周边地表的沉降变化规律以及深层土体的变形规律。张品[6]对MJS水平桩施工期间周围地层孔压、隧道附加应力、竖向位移进行监测分析，获得MJS水平桩施工对周围地层及运营隧道的影响规律。陈仁朋[7]通过现场钻孔取芯与室内试验，研究得出MJS水平桩的成桩效果以及盾构掘进时周边地层与上覆隧道的变形响应规律。朱小龙[8]研究了在地铁施工保护范围内的MJS工法应用并得出结论：MJS 预加固可以有效控制地铁设施变形，同时介绍针对复杂障碍物的处理措施。周朋[9]对砂卵石复杂地层下穿既有2号线运营区间预加固保护措施进行研究并对多种预加固方案比选，最终采用MJS工法对既有2 号线进行预加固保护。洪成泼[10]实现了MJS工法在大直径旋喷加固、近接工程以及超大深度地基改良等领域的成功应用。

1 工程概况

杭州市某隧道工程位于西兴大桥和复兴大桥之间，上游距离复兴大桥2.4 km。隧道分为江北明挖段，长1 000 m；江南明挖段，长750 m；盾构段，长1 837 m。江北明挖段里程YK0+285～YK0+340范围内，隧道明挖主体结构下穿钱江路南侧跨越望江东路的110 kV和220 kV电管线；该处隧道结构为双孔+管廊的框架结构形式，宽22.5 m、高7.35 m，基坑宽22.7 m、深10.3 m，围护结构设计采用φ850 mm@650 mmSMW工法桩。该处上部为杂填土、填筑土，其下依次为砂质粉土、砂质粉土夹淤泥质土、粉砂夹粉土、砂质粉土夹淤泥质土、粉砂夹粉土、淤泥质粉质黏土，结构持力层主要为淤泥质粉质黏土。见图1和图2。

图1 电力管沟与基坑位置平面

图2 结构处标准基坑支护

存在电力管沟的地方受其影响，SMW 围护桩无法施工，从而在110 kV电缆沟处形成2.7、3.5 m断口，在220 kV电缆沟处形成3.8 m的断口。见图3-图5。

图3 110 kV管沟东侧围护断口处平面

图4 110 kV管沟西侧围护断口处平面

图5 220 kV管沟围护结构断口处平面

施工中，根据围护结构断口大小，在220 kV 电力管沟断口处施工2根桩径3.5 m的MJS高压旋喷桩，在110 kV断口2.7 m处施工2根桩径3 m的高压旋喷桩，3.5 m处施工3根桩径2 m的高压旋喷桩进行加固。

2 围护结构断口处施工处理措施

2.1 技术处理措施

SMW桩沿主线施工至距电力管沟50 cm处，围护结构断口处和电力管沟之间的空隙用MJS 旋喷桩连接，将基坑封闭，MJS 旋喷桩身与该处围护结构桩长相同，水泥掺量≮40%。SMW工法桩沿主线垂直方向向基坑外侧延伸1 m，做成阳角形式并使用高压旋喷桩对阳角部位加固。围护结构SMW工法桩与MJS旋喷桩间冷缝采用普通高压旋喷桩加强止水。

2.2 安全处理措施

因为粉土粉砂层竖向土体稳定性较差，在土方开挖过程中需分层开挖，开挖深度≯2 m，及时架设钢板作为挡板并与围护结构H型钢进行可靠焊接，两侧焊接的H型钢将不予拆除。在墙面施作φ42 mm小导管注浆，挂网喷射10 cm厚C25早强混凝土，钢筋网片为φ8 mm@200 mm×200 mm。见图6。

图6 围护结构断口处开挖过程中加固措施

2.3 降水处理措施

施工控制的重点就是基坑围护结构断口处降水施工，本工程施工场区地层主要为③2砂质粉土、③4砂质粉土夹淤泥质粉质黏土且地下水丰富，整个基坑除按原设计的降水方案布设坑内、坑外降水井外，在每个围护结构断口处外围再布设6 口直径500 mm、深20 m 的应急降水井，现场配备2 台400 kW 发电机应急备用。

3 MJS高压旋喷桩支护方案分析

3.1 局部基坑支护分析

本基坑设计总深10.3 m，属于二级基坑，但基坑周边市政管线及建筑物较多，同时鉴于该处围护结构SMW无法封闭，本段基坑围护安全等级提高至一级，按一级基坑进行设计计算，基坑重要性系数采用1.1。

首先根据电力管沟附近的围护结构设计情况，依据地质勘察报告提供的地质资料，考虑地面超载20 kPa，对该段围护结构的整体稳定、围护结构墙底抗隆起、墙体抗管涌（水土分算，矩形荷载）、抗倾覆（水土合算）、MJS水泥土强度计算等进行验算分析，均满足要求。

3.2 上部受力结构分析

MJS 旋喷桩上部位是保护电力管线的贝雷架便桥，采用贝雷桁架系统作为纵梁承重体系，单片贝雷架质量为270 kg、高1.5 m，每桥有两个纵梁，由贝雷架通过连接附件组成，便桥长27 m，基坑两侧墩台计算总跨度为25.7 m，横梁位于两个纵梁之间、电缆沟涵之下，直接为电缆沟涵提供顶托支撑[11]。采用2根36a工字钢并排拼装为一根横梁，间距为1 000 mm，每根横梁长度为6.5 m。

为避免MJS旋喷桩顶部产生过大的压力，整个悬吊电力管沟的贝雷梁将不作用在旋喷桩上，而是作用在MJS 旋喷桩背部现浇的2.9 m×2 m×1.5 m 钢筋混凝土承台基础上。依据电力管沟的结构形式、既有电缆规格及数量、钢便桥的纵横梁及附件的重量等（覆土清除不再计算），计算得到总恒载为19.225 kN/m；考虑到人员作业活动要求，在电力管沟上考虑0.5 kN/m2的人员作业荷载，计算得到活载为0.32 kN/m。按照计算得到的活载和总恒载，对贝雷架纵梁承载力及变形、工字钢横梁承载力及变形进行核算，均满足要求。

3.3 背部受力结构分析

根据地质报告，该处土体为砂质粉土，土体内摩擦角为30°，土体重度为19.6 kN/m3，黏聚力为12 kN，地下水位为3 m，在便桥基础下设置桩长16 m的钻孔灌注桩基础，将电力管沟及便桥压力传至基坑底面以下，以避免便桥基础压力对基坑MJS旋喷桩围护结构产生过大的侧面附加压力，避免现浇的墩台基础直接设置在MJS水泥土体上。

4 施工技术措施及注意事项

1）在施工过程中使用过程质量控制表对整个施工过程、每一道工序实施过程控制，做到每一道工序责任落实到人。

2）施工过程中控制钻孔位置与设计位置的偏差≯50 mm，实际孔位、孔深和每个钻孔地下障碍物、洞穴、涌水、漏水及与岩土工程勘察报告不符等情况均应详细记录。

3）分段施工喷射管分段提升的搭接长度≮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。

4）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。

5）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。

6）浆液配比严格控制，专人负责抽查浆液质量。

7）详细做好施工过程记录、各项技术参数和工程以外情况等。

8）到达龄期28 d 后，对无侧限抗压强度、渗透系数进行检验，加固体28 d无侧限抗压强度＞1.2 MPa。

9）作业班组做好交接班，整根桩施工中间不得中断，遇到紧急情况必须中断情况的，操作人员立即通过施工员或者直接向生产经理和技术负责人汇报。

5 结论

1）隧道围护结构断口处MJS 高压旋喷桩墙体测斜最大位移14.54 mm，小于允许值40 mm。墙体变形控制满足规范要求，表明所采取的MJS高压旋喷桩进行围护结构断口处支护技术是可行的。

2）对SMW基坑围护结构缺口部位采取的MJS高压旋喷桩连接加固，过程中分层开挖、围檩挡土、小导管注浆、喷锚加固基坑围护的措施并辅助以降水措施，保证了基坑施工支护的安全，避免了重要管线迁移，同时有效保护了重要管线，工程实践表明经济技术合理可行。

本项目MJS 高压旋喷桩在基坑围护结构断口处的成功运用，不仅安全有效的完成基坑施工，各项监测数据均在允许范围内，而且避免了市政电力等重要管线的迁移，切实有效的完成基坑施工时重要管线的保护，更为后续类似明挖基坑施工提供宝贵经验。□■