蔡虹，朱正國，羅支貴，范劍雄，亓培先，羅彬

（1中鐵四局集團(tuán)第四工程有限公司，安徽 合肥 230012；2安徽建筑大學(xué)建筑結(jié)構(gòu)與地下工程安徽重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽 合肥 230601）

0 前言

隨著我國的飛速發(fā)展，城市建設(shè)中，地鐵的建設(shè)越發(fā)重要，因此盾構(gòu)法成為地鐵建設(shè)最為重要的施工方法。盾構(gòu)施工過程中，如何加固盾構(gòu)始發(fā)段，保證盾構(gòu)安全始發(fā)及接收，避免泥土及地下水涌入工作井，使洞口土體在盾構(gòu)經(jīng)過該段時(shí)不坍塌是盾構(gòu)法在隧道掘進(jìn)的過程中必須要解決的難題。辛振省等人通過理論分析和工程實(shí)例相結(jié)合并進(jìn)行數(shù)值模擬分析，從破壞場、應(yīng)力場、位移場出發(fā)，確定盾構(gòu)始發(fā)端合理的加固范圍；吳韜等人通過歸納盾構(gòu)出洞區(qū)加固土體穩(wěn)定性分析的方法，得出抗滑移失穩(wěn)通常是出洞加固中的安全控制的關(guān)鍵；我國傳統(tǒng)的地基處理方法是高壓噴射注漿法，然而張帆認(rèn)為傳統(tǒng)的施工方法成樁質(zhì)量低，并且對(duì)周圍環(huán)境擾動(dòng)大；王志豐等人建立水平旋噴樁數(shù)值模擬，發(fā)現(xiàn)此施工方法使地表隆起并且數(shù)值為41mm；淮安東站盾構(gòu)始發(fā)段采用MJS工法進(jìn)行洞門加固，此工法從日本引進(jìn)，在我國許多工程中得到運(yùn)用并取得良好的效果。陳仁朋等人以長沙地鐵4號(hào)線近距離下穿上覆2號(hào)線運(yùn)營隧道工程為例，研究MJS水平樁的成樁效果，研究表明，MJS水平樁加固區(qū)域，地表的沉降較小，滿足設(shè)計(jì)要求；周朋在砂卵石地層采用MJS工法對(duì)小凈距既有運(yùn)營線路進(jìn)行水平加固，保證了既有區(qū)間的運(yùn)營安全；李興國等人以上海某地基加固為例，介紹了MJS工法的施工重點(diǎn)、難點(diǎn)及其解決的措施，實(shí)踐證明，該工法具有施工擾動(dòng)小、土壓力穩(wěn)定、施工效果可靠等優(yōu)點(diǎn)。

1 工程概況

1.1 區(qū)間概況

淮安東站—盾構(gòu)工作井區(qū)間隧道總長約563.634m，上行右線長度563.634m，下行左線長度561.877m，隧道為兩條單洞單線圓形隧道，采用盾構(gòu)法施工，如圖1所示。區(qū)間隧道頂最大埋深25.1m，最小埋深18.5m；線間距為13.5m～19m，始發(fā)端中間工作井采用MJS加固方式，加固范圍為水平長度10m，寬度為26.2m，深度為27.24m，MJS樁加固深度29m。始發(fā)端無管線，周邊范圍無建筑物，盾構(gòu)工作井總長度39m，寬度為21.9m，采用地下三層雙柱三跨矩形框架結(jié)構(gòu)，本站主體結(jié)構(gòu)頂板覆土約4.495m，標(biāo)準(zhǔn)段基坑深度約26.055m，盾構(gòu)工作井吊裝孔尺寸均為11.0×7.0m。

1.2 水文地質(zhì)條件

沿線地表水主要為盾構(gòu)工作井東北部水塘內(nèi)的水，勘察期間水深約0.8m，對(duì)本工程有影響的承壓水為第Ⅰ和第Ⅱ?qū)映袎核?。第Ⅰ層承壓水主要埋藏于砂質(zhì)粉土和粉砂層中?？辈炱陂g根據(jù)布置的層壓水位觀測孔觀測水位埋深1.36～1.6m（平均值1.52m），水位標(biāo)高為6.22～6.48m（平均值6.36m）。第Ⅱ?qū)映袎核饕癫赜诜凵皩又?，水位埋?0.00m左右，水位標(biāo)高為-12.00m。隧道上部土層可分為五層，分別由雜填土、粘土、砂質(zhì)粉土、粉砂、粉質(zhì)粘土等組成，其性質(zhì)見表1。

圖1 盾構(gòu)始發(fā)示意圖

土層物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)表 表1

2 工程重難點(diǎn)

本工程包含1個(gè)盾構(gòu)區(qū)間，涉及多次始發(fā)、接收，洞門加固效果不好時(shí)易出現(xiàn)坍塌、滲漏水現(xiàn)象，直接影響到隧道施工安全。確保盾構(gòu)成功始發(fā)是盾構(gòu)法施工的重要一步，因此要保證盾構(gòu)從非土壓平衡狀態(tài)向土壓平衡狀態(tài)過渡，從而使盾構(gòu)姿態(tài)不發(fā)生變化，地表不會(huì)發(fā)生較大沉降。盾構(gòu)始發(fā)、到達(dá)需具備最基本的巖土工程條件：洞門穩(wěn)定，地下水控制情況良好。根據(jù)工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件情況，始發(fā)端頭掘進(jìn)斷面均為粉砂，含承壓水，自穩(wěn)能力差，易擾動(dòng)，易坍塌，擾動(dòng)后土體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度降低明顯，不能滿足盾構(gòu)始發(fā)、到達(dá)的基本條件，需采取針對(duì)性的地基加固處理措施。

3 加固方式的選擇

①三軸攪拌樁及其附屬設(shè)施安裝時(shí)間較長（10天左右），并且對(duì)施工區(qū)域要求大，施工機(jī)械高度大；在對(duì)地基的加固中，如果遇到障礙物，不能跨越施工，否則就會(huì)形成不連續(xù)的加固體，大大降低加固質(zhì)量；成樁止水效果低于高壓旋噴樁并且對(duì)周圍環(huán)境擾動(dòng)大。

②高壓旋噴樁對(duì)施工區(qū)域需求大，施工機(jī)械高度大；對(duì)土層擾動(dòng)較大，容易對(duì)地面造成隆起；其樁徑根據(jù)地內(nèi)壓力的變化而變化，由于在施工的過程中，地內(nèi)壓力增大，其成樁直徑和質(zhì)量都遠(yuǎn)低于MJS工法。

③MJS工法可以全方位進(jìn)行噴漿施工，即水平、傾斜、垂直各方向施工。其特有的噴漿方式使其在粉砂地層進(jìn)行孔口密封施工時(shí)安全可行，并且此工法成樁直徑大、質(zhì)量好。施工時(shí)，噴射流初始?jí)毫_(dá)到40MPa，噴射流能量大，噴漿持續(xù)時(shí)間長。此工法泥漿專管專排，可以對(duì)排出泥漿集中管理，使得施工現(xiàn)場干凈整潔。MJS噴漿工法可以對(duì)地內(nèi)壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測并且可以強(qiáng)制排漿，將土壓力隨時(shí)調(diào)整，此工法有效減小對(duì)周邊環(huán)境的擾動(dòng)和確保超深施工的成樁效果。

由于本工程施工主要在粉砂地層中進(jìn)行，根據(jù)現(xiàn)場施工條件對(duì)此三種工法進(jìn)行對(duì)比，選用MJS工法對(duì)洞門進(jìn)行加固。MJS工法是一種新的注漿工藝，是在傳統(tǒng)的高壓噴射注漿的基礎(chǔ)上增加了多孔管和前端造成裝置，如圖2所示。首先通過使用高壓水泥漿將土體進(jìn)行切割、攪拌，然后將孔內(nèi)泥土混合液通過主動(dòng)吸泥裝置進(jìn)行置換排出，最后通過前端的上的壓力傳感器對(duì)周邊土體的壓力進(jìn)行監(jiān)測，以此來確保盾構(gòu)工作井始發(fā)及接收端加固區(qū)土體壓力不發(fā)生較大變化，因此極大地提高了加固區(qū)的質(zhì)量及強(qiáng)度。

圖2 多孔管剖面示意圖

4 MJS在工程中的應(yīng)用

4.1 MJS工法樁施工

成孔和噴漿是MJS工法施工的兩個(gè)階段，成孔時(shí)，多孔管被頂出，直到伸入預(yù)定深度，并且鉆桿與前端裝置相連。對(duì)于超深度地基加固時(shí)，可先用鉆機(jī)鉆至設(shè)計(jì)深度成孔；噴射漿液階段是將硬化材料以40MPa左右的壓力通過噴嘴噴射出去，同時(shí)將高壓水開啟并進(jìn)行真空吸漿，產(chǎn)生的多余泥土從多孔管排泥口排到地面，與此同時(shí)多孔管被抽回。噴嘴周圍的土體在高壓噴射流的作用下，土體結(jié)構(gòu)遭到破壞，最終將土體和水泥漿液攪拌混合并凝結(jié)成具有一定抗壓強(qiáng)度的固體。本工程中MJS工法樁施工工藝與技術(shù)參數(shù)如圖3、表2所示。

4.2 現(xiàn)場取樣檢測

為了檢驗(yàn)MJS工法樁的成樁質(zhì)量，在工法樁施工完成后，對(duì)加固區(qū)進(jìn)行現(xiàn)場垂直鉆孔取樣。如圖5、圖6所示，總共布置了12個(gè)取樣孔，其中1號(hào)和6號(hào)取樣孔在上行左線洞門上方位置布置，2號(hào)～5號(hào)取樣孔在洞門兩側(cè)外擴(kuò)大約1m位置，7號(hào)和12號(hào)取樣孔在下行右線洞門上方位置布置，8號(hào)～11號(hào)取樣孔在下行右線洞門兩側(cè)外擴(kuò)大約1m位置布置。為研究工法樁加固性能，在施工完成后，凝期達(dá)到28d后，在圖3所示的A、B取樣孔進(jìn)行鉆孔取樣，分別鉆取6個(gè)試樣，尺寸為90mm×90mm的圓柱體對(duì)其進(jìn)行無側(cè)限抗壓強(qiáng)度測試。

5 效果分析

表3為12個(gè)試樣的基本情況的統(tǒng)計(jì)，洞門直徑為5.5m，距離地面20.1m，鉆孔深度設(shè)定在18～26m之間，以保證鉆孔深度能覆蓋整個(gè)洞門加固區(qū)域，故MJS工法樁在施工時(shí)，控制的較為精確，其中1號(hào)、6號(hào)、7號(hào)、12號(hào)取樣孔長度位于洞門上方，其取樣長度在1.3～1.9m之間；其余取樣孔位于洞門兩側(cè)，其取樣長度在2.3～5m之間，總體來看工法樁成樁效果較好。

圖3 MJS工法施工流程

圖4 MJS現(xiàn)場施工圖

圖5 取樣點(diǎn)布置

圖6 加固取芯芯樣

如表4所示，利用微機(jī)控制壓力試驗(yàn)機(jī)測芯樣的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度，1號(hào)～6號(hào)試樣的抗壓強(qiáng)度在2.98～3.35MPa，其平均值為3.145MPa；7號(hào)～12號(hào)試樣的抗壓強(qiáng)度在2.74～4.13MPa，其平均值為3.482MPa。由表可知，MJS工法樁的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度均大于設(shè)計(jì)值（0.8MPa），達(dá)到預(yù)期的結(jié)果。

施工參數(shù) 表2

芯樣統(tǒng)計(jì)表 表3

6 結(jié)論

盾構(gòu)始發(fā)前，采用MJS工法樁對(duì)洞門進(jìn)行加固，經(jīng)過垂直鉆芯取樣，測試芯樣的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度均大于設(shè)計(jì)強(qiáng)度，滿足設(shè)計(jì)要求，并且對(duì)加固體進(jìn)行了水平鉆孔試水，無滲漏現(xiàn)象發(fā)生，使洞門成功破除，盾構(gòu)機(jī)成功地從非平衡土壓狀態(tài)向土壓平衡狀態(tài)過渡，順利始發(fā)。實(shí)踐結(jié)果證明，采用MJS工法對(duì)始發(fā)端進(jìn)行加固，達(dá)到預(yù)期效果。本工程施工可以為以后相似工程提供借鑒。

芯樣測試表 表4