水平MJS在地下通道中的施工应用

陈潋

（中铁三局集团有限公司，山西 太原 030001）

全方位高压旋喷MJS（Metro Jet System）是一种新型微扰动高压喷射注浆工艺，具有对环境扰动小、截面形状可变、可倾斜或水平施工的特点[1-2]，可用于各类复杂条件下的地基加固及帷幕止水等[3-6]。

目前国内水平MJS应用尚不多见，仅5例左右[7-9]，该工艺的应用还有待于进一步研究和总结。

1 水平MJS特点

与垂直MJS相比，水平MJS具有以下特点。

1.1 需设置止浆阀门

为防止浆液从水平桩孔口外溢，水平MJS必须设置止浆阀门阻止引孔及喷浆过程中的浆液流失。

1.2 引孔方式不同

垂直MJS可采用各类地质钻机等进行引孔，引孔后可根据地层的情况必要时采用泥浆护壁或增设部分护壁套管进行护壁。而水平MJS则需要考虑引孔后孔壁中泥浆的充填作用，尽管采用止浆阀门也无法保障在地质钻机钻杆回抽和水平MJS钻机钻入交错作业时不产生浆液流失导致孔壁坍塌，因此水平MJS需在安装止浆阀门后从止浆阀门中心穿越后利用自身钻杆进行引孔。

1.3 成桩截面受限

垂直MJS可在5°～360°间任意设定喷射角度形成不同截面的桩体。但水平MJS浆液受重力影响，易向下沉积。因此水平MJS大部分仅适合设计成下半圆弧截面的桩型。设计成全圆桩时，桩径不宜大于1.5 m。

1.4 平直度偏差要求高

水平MJS桩体平直度偏差过大极易影响桩体搭接质量，并且可能会影响桩体上、下方需受加固保护的对象，因此需高精度控制水平MJS平直度偏差。

2 水平MJS施工工艺

MJS水平地基加固桩基本施工流程为：金刚钻机切割、穿透围护结构→安装止浆阀门→MJS桩机就位，安装钻杆进行引孔→回抽钻杆、喷射成桩。

常规止浆阀门一般由3部分组成，其中第一部分为焊接固定在围护结构上的外侧法兰盘，主要用于提供固定整个密封装置基础的作用；第二部分为密封装置标准段，标准段内设芳纶盘根，芳纶盘根内抹润滑剂，主要起到保护和密封钻杆的作用，标准段一般设置2节；第三部分为控压阀门，控压阀门主要由插板阀和泄压阀门组成，起到控制地基内压力和压力释放效果。具体使用时根据地内压力监控和阀门上的压力表读数，通过手动调整插板阀或泄压阀的开闭幅度，起到提高或降低地内压力的作用。

水平MJS施工过程应保持良好的施工精度。施工过程中地层的性质会影响到成孔姿态，尤其在砂层施工过程中钻杆姿态变化幅度较大，因此主机操作手必须及时对钻杆姿态进行测斜工序，以掌握成孔姿态，水平成孔需要以每钻杆进尺1.5 m的频率进行平直度测量，并利用纠偏钻头及时纠偏。测量时关闭设备排泥阀门，用倒吸水和倒吸空气清洗干净排泥孔，从排泥口处插入LED发光装置，根据从管口可见发光体的LED灯的数量，得出成孔的水平偏差量。

纠偏一般采用在钻杆端头安装纠偏钻头的方法，通过纠偏钻头定向地喷射高压水将偏斜方向的土体进行切削形成符合平直度要求的孔，再重新进行引孔。

施工完下排水平MJS桩后，采用顶升平台将钻机进行顶升，并进行下一排水平MJS桩的施工作用。

3 工程概况

新建南京地铁7号线中胜站暗挖下穿10号线中胜站，下穿净距仅0.6 m。

下穿通道长度为21.4～27 m。暗挖工艺采用双洞同步下穿，高度为7.813 m，宽度为8.95 m。洞底及两洞间、两侧采用水平MJS加固，形成“山”字形加固体。7号线中胜站下穿暗挖段横断面如图1所示。

图1 7号线中胜站下穿暗挖段横断面图

下穿段主要土层为②-3b淤泥质粉质黏土和②-3d粉砂夹粉土，坑底土层为②-4d中密粉细砂。下穿通道穿越主要土层为②-3b淤泥质粉质黏土和②-3d粉砂夹粉土，下伏②-4d中密粉细砂。相应土层主要物理力学性质指标如表1所示。

表1 土层特性表

4 加固体设计

分别按全圆Φ1 500 mm、半圆Φ2 400 mm和半圆Φ2 600 mm进行加固体设计。各桩型加固桩位布设分别如图2～图4所示。

图2 全圆Φ1 500 mm加固体截面图

图3 半圆Φ2 400 mm加固体截面图

图4 半圆Φ2 600 mm加固体截面图

上述桩型设计参数对比如表2所示（不含顶部8根全圆Φ1 500 mm桩）。

表2 各加固桩型设计参数对比表

由图2～图4可知，采用3种桩型的布桩方案，均可加固范围，均覆盖了设计加固体范围。综合对比，采用Φ2 400 mm半圆桩材料浪费较多。采用Φ1 500 mm全圆与Φ2 600 mm半圆加固总面积相当，但桩数明显多于Φ2 600 mm半圆且施工难度较大，最终选择采用Φ2 600 mm半圆的加固方式。

5 实施结果

主要施工参数如下：泥浆流量为80～85 L/min，泥浆压力为40 MPa，空气流量为0.8～0.9 L/min，空气压力为1.0 MPa，步距回抽时间为35～60 s；回转速度为3.2 r/min，倒吸水流量为35～38 L/min，倒吸水压力为5～10 MPa，地内压力为0.18～0.25 MPa。

施工完成28 d后进行取芯，在成桩范围垂直取芯进行分析。分别取全圆桩2根，在桩长中段部位取芯1孔，半圆桩2根，在不同水泥掺量的分节中段部位各取芯1孔。取芯深度如表3所示。

表3 试桩设计取芯深度表

取芯后芯样长度及换算桩径如表4所示。

表4 芯样长度及换算桩径

芯样图片如图5所示。

图5 部分芯样图片

对比不同土层中的成桩桩径，从表4可知，在淤泥质粉质黏土地层中成桩直径略大于砂性土中成桩直径。总体而言成桩直径都接近或大于设计桩径，且水泥掺量越大时，成桩桩径越大。

对比取得的芯样强度，如表5和表6所示。

表5 全圆桩试桩水泥芯样强度表

表6 半圆桩试桩水泥芯样强度表

从表5和表6可以看出：全圆桩采取45%水泥用量施工，加固强度均可大于3 MPa，芯样完整，砂层中试件强度高于位于黏土层的试件；半圆桩采取50%水泥用量施工，加固强度基本在3 MPa以上，芯样完整度最佳，优于其他水泥用量施工结果。

6 结论

水平MJS是城市更新中既有建构筑物下空间开发中重要的保障措施[5]。本文通过介绍水平MJS的特点和施工工艺，以南京地铁7号线中胜站下穿通道为例，介绍了水平MJS的设计和施工。根据实施结果，主要取得以下结论：①水平MJS在淤泥质粉质黏土中成桩直径略大于砂性土中成桩直径，但砂性土层中桩体强度高于黏土层中桩体强度，大部分芯样强度可达3.0 MPa以上；②成桩直径与水泥掺量存在关系，水泥掺量越大，成桩直径越大；③考虑到半圆桩采用50%水泥掺量施工时桩径略有不足，实际施工时主空气压力需进一步提高并增大流量，可满足设计要求。