和燕路过江通道土体加固中MJS工法桩的应用

贺 亮

（中铁十四局集团大盾构工程有限公司，江苏 南京 210000）

MJS工法是一种全方位高压喷射注浆工法，在高压喷射灌浆过程中，配备了一体化多孔管和前端装配装置，可用于强制灌浆排水和地层压力监测，实现了控制地层压力的功能，大大降低了对周围环境的影响。近年来，随着盾构施工环境的日益多样化，越境段地质条件越来越复杂。对邻近建（构）筑物变形控制难度不断增大，这给工程的施工安全控制带来了很大的困难。因此，在一些软弱地质段需要引进施工扰动小的施工工法来解决变形控制的问题。

1 工程背景及原因分析

和燕路过江通道南段隧道工程是穿越南京长江主江的盾构隧道施工项目。隧道起点位于八卦洲始发工作井上，穿越长江后，于江南工作井接收。盾构段的起止里程为ZK1+726~ZK4+690.957，全长2 964.957 m。盾构自八卦洲始发井始发，由北向南施工，线路以直线依次下穿八卦洲大堤，穿越长江漫滩，穿越江底复合地层、断层破碎带、全断面硬岩区、幕府山岩溶区，最后到达江南接收井。

盾构推进至900环时开挖仓压力出现波动，同时地面出现沉降。盾构机立即停止推进，分析沉降原因并防止继续沉降对范围内建筑物的影响。分析原因如下：

1.1 盾构掘进持续时间长

掌子面几乎全处于中风化角砾岩地层，盾构的推进速度比较缓慢（5 mm/min），每环掘进时间7~8 h，对顶部土体扰动时间长。

1.2 刀盘周围有较大溶洞

后期补勘在刀盘周围发现较大溶洞，溶洞高度有10 m左右。

综合考虑以上原因，为防止地面出现较大沉降变形，控制后续盾构推进过程中地面再次沉降，采用地基加固措施。加固区域埋深大（49~51 m），综合考虑采用MJS工法桩对ZK2+661~ZK2+707段隧道拱顶覆盖层进行加固处理，同时对掘进影响范围内的建筑物基础采用袖阀管注浆进行补强加固，确保盾构机顺利穿越该区域。

2 工程地质及水文地质条件

2.1 工程地质

加固区段（里程ZK2+651~ZK2+719段），隧道上部覆土厚度在52 m~53 m。地层分布主要为：

隧道上覆土：

（1）2素填土，（2）2淤泥质粉质黏土，（3）4粉土夹粉砂，（4）4-1粉质黏土夹粉砂，（5）5粉细砂，（6）1j全风化角砾岩，（7）2j强风化角砾岩。

隧道开挖面：

（8）2j强风化角砾岩。

（9）3j中风化角砾岩，角砾成分主要为砂岩、灰岩等，灰岩含量为20%~50%。角砾粒径1~10mm，个别超过200 mm。ZK2+719~ZK2+651段地质纵断面如图1所示。

图1 ZK2+719~ZK2+651段地质纵断面图

2.2 水文地质

南京市和燕路过江隧道工程区域，气候潮湿，靠近长江，雨量充沛。长江等地表水与地下水具有良好的水力联系，在丰水期对区域地下水的补给起了重要的作用。据区域资料以及勘察成果，盾构里程ZK2+650~ZK2+707段地下水类型为松散岩类孔隙微承压水与碎屑岩类基岩裂隙水。

3 MJS工法桩设计及施工流程

3.1 MJS工法桩桩位及深度设计

根据沉降影响范围、中风化和强风化岩面高度、强风化角砾岩覆盖层厚度、后续盾构推进砂层距离隧顶高度等综合考虑，盾构开挖区加固面积约4.5 m，加固里程为ZK2+661~ZK2+707。MJS加固桩径2 400 mm，桩芯间距2 000 mm。将加固区域分为四个区域（A、B、C、D）。将MJS工法桩加固区域的最外侧一排桩及C区里程ZK2+684位置（红色虚线标注）的工法桩桩顶标高延伸至粉细砂层的顶面。A、B剩余区域桩长为10 m，C区其他工法桩桩长为7 m，D区其他工法桩桩长为5 m。MJS工法桩加固区剖面图如图2所示。

图2 MJS工法桩加固区剖面图

3.2 MJS工法施工流程

MJS工法施工流程为：①桩位测设；②钻机钻孔；③下喷射管；④搅拌制浆；⑤喷射作业；⑥清洗结束。⑦孔眼回填

MJS工法桩的施工工艺流程如图3所示。

图3 MJS工法桩施工流程图

MJS工法桩加固现场如图4所示

图4 MJS工法桩加固现场图

3.3 施工技术参数

（1）高压旋喷桩MJS工法施工主要参数：水泥浆液压力大于等于30 MPa，水泥浆比重控制为1.51；主空气流量1.0~2.0 nm3/min。（2）注浆管提升速度2.06 cm/min，浆液流量控制在85~100 L/min。（3）水泥采用P.O 42.5级的普通硅酸盐水泥，水泥浆液中水灰比为1∶1。施工用水采用自来水量。（4）成型桩身的垂直度偏差要求不超过1/250。（5）MJS工法高压旋喷桩应进行钻芯取样抽检，取样数量不少于2%；在28天后进行无侧限抗压强度检查，强度值应达到1 MPa以上。

3.4 MJS工法桩施工针对性措施

（1）MJS工法施工过程中，严格控制地面压力，不堵塞污泥排出，避免扰动周边土体结构和平衡。（2）施工中对周边建筑物设置沉降监控点，过程中注意返浆的压力观察，避免出现返浆管堵塞，导致地下压力增加，从而导致地面隆起的情况。在施工过程中，监测数据应及时反映到施工现场发现异常情况及时调整施工；（3）施工过程中需严格控制MJS摆喷的方向，在半圆形位置喷涂完毕后，操作人员应严格遵守操作规程，技术人员也要加强现场巡查并做好记录；（4）应严格控制钻孔的垂直度。试验应使用倾斜计进行，垂直度应控制在1/250。（5）为保证MJS工法桩相邻桩相互咬合，确保起到防护作用，所有MJS桩必须精确放样，确保达到设计加固效果。

4 MJS工法应用分析

本工程临近江边和建筑物，应严格控制周围建筑物的沉降，加固区对周边环境污染降至最低，加固效果的可靠性等要求。施工过程中的监测数据及时反映到施工现场，如有异常情况及时调整现场施工。

施工结束后，采用钻探取芯取样试验检查MJS工法桩桩体强度。考虑取芯对加固体的影响，既要确保达到检测目的，也要便于采取措施不因钻孔留有后遗症。取芯时不应形成贯通孔眼尽可能保证MJS工法桩的整体效果。

4.1 MJS工法监测范围及点位布置

为保证施工范围内房屋安全，监控施工区域内的建筑物和地面，指导施工，确保施工安全。施工期间，监测频率为每天一次，并根据现场注浆情况适当加密。

（1）地表沉降监测。施工区域内原有监测点位为两排，里程为ZK2+650（1~3），ZK2+700（7、8），后对监测点位进行加密布置，加密点位四个（JDB1-1、JDB1-2、JDB1-3、JDB1-4）。

地表沉降监测点现场位布置图如图5所示。

图5 地表沉降监测点位布置

（2）建筑物沉降监测。对施工区域内的泵房、控制柜房及围墙共计布点22处。建筑物沉降监测数据及时反映到施工现场。

4.2 MJS工法施工效果分析

施工结束后，采用钻探取芯取样试验检查MJS工法桩桩体强度。检测方法为钻芯取样抽检，取样数量不少于2%；根据现场测试试样28天后无侧限抗压强度均达到了1 MPa以上。现场钻探取芯取样试验如图6所示。

图6 现场钻探取芯取样

对施工区域内的建筑物及地表进行监测，其沉降量均符合设计规范要求，且盾构机顺利通过该沉降区域。

5 结语

通过MJS工法在南京和燕路过江隧道工程中的成功应用，得出以下几点结论和建议：

①MJS工法桩设备高度低，对施工要求小，改良了传统土体加固工艺在环境影响及加固深度等方面的不足，加固效果好。采用独特的多孔管道排泥技术及地压监测，具备大直径旋喷加固施工、大深度地基改良及小等优点。②MJS工法桩加固的经验在和燕路过江隧道工程中成功应用，可为类似工程的加固施工提供技术参数和经验。其他地层的参数还需在应用中进一步总结积累。③MJS工法桩加固的经验在和燕路过江隧道工程中成功应用，可为同类工程的加固施工，提供施工工艺参数和施工经验。其他地层的参数还需在应用中进一步总结积累。