何 倫/HE Lun

（廣東華隧建設(shè)集團(tuán)股份有限公司，廣東 廣州 510228）

MJS 工法(Metro Jet System) 又稱全方位高壓噴射工法，最初是為了解決水平旋噴施工中的排漿和環(huán)境影響問題而開發(fā)出來的，之后由于其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)和工程需要，又應(yīng)用到傾斜和垂直施工上。MJS工法在傳統(tǒng)高壓噴射注漿工藝的基礎(chǔ)上，采用了獨(dú)特的多孔管和前端造成裝置，實(shí)現(xiàn)了孔內(nèi)強(qiáng)制排漿和地內(nèi)壓力監(jiān)測(cè)，并通過調(diào)整強(qiáng)制排漿量來控制地內(nèi)壓力，大幅度減少對(duì)環(huán)境的影響，而地內(nèi)壓力的降低也進(jìn)一步保證了成樁直徑。

隨著MJS 工法的發(fā)展與不斷完善，對(duì)加固體的成型質(zhì)量以及分布區(qū)域的準(zhǔn)確性要求越來越高，因此在實(shí)際的工法施工中確保成孔姿態(tài)符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)顯得尤為重要。根據(jù)過往加固項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)，常規(guī)的測(cè)斜工藝一直未能達(dá)到測(cè)量精度高、步驟簡(jiǎn)易化、操作智能化的標(biāo)準(zhǔn)，需通過繁瑣的步驟才能完成該項(xiàng)工序，因此急需研發(fā)一款裝置，實(shí)現(xiàn)MJS設(shè)備高精度智能化的動(dòng)態(tài)測(cè)量管理。

1 常規(guī)MJS工法測(cè)斜工藝

1.1 常規(guī)測(cè)斜工序

前端裝置帶鉆頭通過主機(jī)步進(jìn)進(jìn)給，進(jìn)入布樁孔口并利用主機(jī)帶動(dòng)鉆頭旋轉(zhuǎn)切削土體執(zhí)行該階段。在該階段中，因地層的性質(zhì)會(huì)影響到成孔姿態(tài)，尤其在砂層施工過程中鉆桿姿態(tài)變化幅度較大，因此主機(jī)操作手必須及時(shí)對(duì)鉆桿姿態(tài)進(jìn)行測(cè)斜工序，以掌握成孔姿態(tài)，其中垂直成孔一般在鉆桿進(jìn)尺到5m，10m，15m，25m 等時(shí)進(jìn)行，水平成孔則需要以每鉆桿進(jìn)尺1.5m 的頻率進(jìn)行，并利用糾偏鉆頭及時(shí)糾偏，具體工序步驟如圖1所示。

1.2 常規(guī)測(cè)斜設(shè)備及原理

垂直方向偏差測(cè)量?jī)x器的測(cè)量原理為通過查看儀器顯示器上測(cè)量桿插入鉆孔的數(shù)據(jù)情況，利用測(cè)得的偏斜角度換算測(cè)定出每米成孔的垂直方向的傾斜數(shù)值；水平測(cè)斜儀器的測(cè)量原理為通過關(guān)閉排泥閥門，用倒吸水和倒吸空氣把“排泥孔”清洗干凈，然后通過把“發(fā)光體”從多孔管的排泥口處插入，根據(jù)從管口可見發(fā)光體的LED 燈的數(shù)量，反映成孔的水平偏差量。

1.3 常規(guī)工藝的缺點(diǎn)

1）影響施工效率 若單樁進(jìn)尺30m 需進(jìn)行4次以上的測(cè)斜工序，除此之外每次進(jìn)尺到位后，必須重復(fù)測(cè)量記錄，才能得到當(dāng)前姿態(tài)參數(shù)，且該過程單樁至少多耗時(shí)87min。

2）反饋不直接 每次記錄好測(cè)斜參數(shù)后，需通過角度公式計(jì)算才能繪制出姿態(tài)曲線圖；

圖1 常規(guī)測(cè)斜流程圖

3）精度無法保證 在每次測(cè)量前都需要把“排泥孔”清洗干凈，若不能保證清洗干凈，就會(huì)對(duì)儀器測(cè)量的值產(chǎn)生影響，最終會(huì)導(dǎo)致測(cè)量精度的準(zhǔn)確性。

圖2、圖3 是某項(xiàng)目擺噴160°MJS 水平樁作業(yè)的施工效率以及測(cè)斜偏移情況：完成常規(guī)成孔50m 預(yù)計(jì)需要耗時(shí)4.5d 時(shí)間，常規(guī)測(cè)斜方式最大累計(jì)偏移量達(dá)850mm，偏移率超過1.9%以上。

2 一種新型MJS工法測(cè)斜裝置

2.1 MJS前端裝置結(jié)構(gòu)

MJS 前端裝置為多孔管結(jié)構(gòu)，主要由排泥部分、傳感器部分、注漿部分、銷孔部分4 大部分組成，各部分之間利用鉆桿螺栓連接起來，MJS前端裝置工法管內(nèi)分布各類功能管路共計(jì)11 條，以滿足MJS工法作業(yè)可控壓力的高壓旋噴的功能。

2.2 光纖陀螺測(cè)斜儀結(jié)構(gòu)

測(cè)斜儀系統(tǒng)采用一體化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，內(nèi)部組成包括電子線路單元及外圍支撐結(jié)構(gòu)。電子線路單元主要完成系統(tǒng)供電、慣性量采集、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存以及數(shù)據(jù)通信等；外圍支撐結(jié)構(gòu)為內(nèi)部慣性元件與電子線路提供保護(hù)，為慣性測(cè)量器件提供安裝點(diǎn)，并提供設(shè)備的對(duì)外機(jī)械接口和電氣接口。外圍支撐結(jié)構(gòu)為全金屬封閉外殼，外殼與底板蓋板間用導(dǎo)電橡膠條接觸連接，與圓形電連接器間用導(dǎo)電橡膠墊接觸連接，具有良好的密封性和電磁兼容性，測(cè)斜系統(tǒng)的組成如圖4 所示。

2.3 設(shè)計(jì)方案

為滿足提高M(jìn)JS 施工效率及姿態(tài)精度控制要求，具體設(shè)計(jì)方案為：為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的小型化與輕型化要求，臺(tái)體采用最小化設(shè)計(jì)，內(nèi)部其它部分采用模塊化設(shè)計(jì)，其他部分的尺寸適應(yīng)慣組的最小化要求；設(shè)計(jì)中采用精度優(yōu)于0.3°/h 的光纖陀螺儀；電子線路單元按功能進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)。

實(shí)施方案是將光纖陀螺測(cè)斜儀設(shè)計(jì)連接在MJS 前端裝置的注漿部分與削孔部分之間，其數(shù)據(jù)電纜通過預(yù)留孔牽出連接到主管理面板,設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖5 所示。

2.4 實(shí)施細(xì)節(jié)

1）維修性方面 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中考慮了慣性元件、線路板的可拆裝性與互換性，系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，每個(gè)模塊具有相對(duì)獨(dú)立的功能，能作為“可更換單元”在故障定位后更換。

圖2 常規(guī)測(cè)斜裝置水平樁天數(shù)統(tǒng)計(jì)圖

圖3 常規(guī)測(cè)斜裝置累計(jì)偏斜量

圖4 光纖陀螺測(cè)斜儀結(jié)構(gòu)系統(tǒng)組成三維圖

圖5 新型測(cè)斜裝置結(jié)構(gòu)圖示意圖

2）測(cè)試性方面 設(shè)備各模塊電路板上具有測(cè)試點(diǎn)，并提供測(cè)試點(diǎn)的技術(shù)參數(shù)及其特性，設(shè)備具備開機(jī)自檢功能，可通過軟件檢測(cè)程序判定各模塊工作是否正常。

3）安全性方面 光纖陀螺測(cè)斜儀用經(jīng)濟(jì)有效的方法滿足安全性要求，提高其使用效能。

4）環(huán)境適應(yīng)性方面 根據(jù)環(huán)境適應(yīng)性指標(biāo)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求，對(duì)電氣系統(tǒng)的溫度、濕度、沖擊振動(dòng)、電磁干擾等承受能力進(jìn)行相應(yīng)設(shè)計(jì)。

5）溫度適應(yīng)性設(shè)計(jì) 發(fā)熱元件靠近或緊貼外殼和底板安裝，直接通過外殼和底板散熱，縮短散熱路徑，增強(qiáng)散熱效果；合理擺放測(cè)溫元件，真實(shí)反映陀螺和加速度計(jì)周圍溫度及溫度梯度，為系統(tǒng)溫度補(bǔ)償提供有效數(shù)據(jù)。

6）抗沖擊振動(dòng)設(shè)計(jì) 裝置主要零部件通過仿真給出振動(dòng)、沖擊結(jié)果，依據(jù)仿真結(jié)果再對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，爭(zhēng)取以最簡(jiǎn)單可靠的結(jié)構(gòu)滿足總體提出的沖擊振動(dòng)指標(biāo)，并設(shè)計(jì)沖擊保護(hù)支架用于強(qiáng)沖擊下的系統(tǒng)保護(hù)。

7）電磁兼容性設(shè)計(jì) 合理布局以減小內(nèi)部線間干擾以及系統(tǒng)本身和外界環(huán)境之間的相互干擾。

3 應(yīng)用效果

在某項(xiàng)目的擺噴160°MJS 水平成孔項(xiàng)目中，通過應(yīng)用這種新型的測(cè)斜儀設(shè)備，優(yōu)化MJS 工法樁的測(cè)斜工序，該裝置可以實(shí)時(shí)反饋鉆頭的偏移數(shù)據(jù)，配合新型糾偏鉆頭及時(shí)進(jìn)行糾偏，減少拔樁復(fù)測(cè)的環(huán)節(jié)，提高測(cè)斜精度，大大減少了測(cè)斜的時(shí)間，測(cè)斜及成樁效率得到較大地提升。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，該項(xiàng)目單根50m 水平MJS 工法樁的成樁時(shí)間平均能控制在3d 內(nèi)，累計(jì)偏移量也得到了較好地改善，最大也能控制在500mm以內(nèi)，偏斜率在1%范圍內(nèi)，具體功效數(shù)據(jù)如圖6、圖7 所示。

圖6 新測(cè)斜裝置應(yīng)用水平樁天數(shù)統(tǒng)計(jì)圖

圖7 新測(cè)斜裝置應(yīng)用累計(jì)偏斜量

4 結(jié)語

該新型測(cè)斜裝置的應(yīng)用可以給MJS 工法樁施工帶來以下幾點(diǎn)效益。

1）減少目前因測(cè)斜步驟繁瑣帶來的時(shí)間耗損，提高施工效率。

2）主機(jī)手可實(shí)時(shí)監(jiān)控成孔姿態(tài)，可減少回拔及故障，實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)化監(jiān)控。

3）精度準(zhǔn)確性高，實(shí)現(xiàn)成樁良好搭接，提高施工質(zhì)量。O