孫喜朋

（中鐵隧道集團(tuán)三處有限公司 深圳 518052）

0 引言

近年來，隨著我國城市地下空間工程施工技術(shù)的不斷發(fā)展，地下結(jié)構(gòu)建筑建設(shè)的需求逐漸增大，但也帶來了一系列工程性難題，地上固有建筑物與待建工程的施工沖突問題［1］。某綜合管廊建設(shè)工程上部工況復(fù)雜，需下穿高速公路，為了防止高速公路發(fā)生過度沉降影響安全運(yùn)營，需要對頂管上部進(jìn)行加固，而加固方法就涉及到超長MJS 工法樁的設(shè)計問題。所謂MJS 工法即全方位高壓噴射法，MJS 工法具有后臺管理裝置，可以保證施工過程的有序進(jìn)行，相比于傳統(tǒng)高壓旋噴樁主要是在排泥方式和排泥通道兩個方面有所改進(jìn)，可以全方位施工自由調(diào)節(jié)［2］。本文根據(jù)廣州市南沙區(qū)某綜合管廊工程，對MJS 工法的施工工藝方法以及場地周邊范圍內(nèi)的工況監(jiān)測進(jìn)行詳細(xì)的分析［3］，從而達(dá)到工程周邊設(shè)施安全運(yùn)營的目的。

1 工程概況

某工程位于廣州市南沙區(qū)大崗鎮(zhèn)，總里程約10.077 km，施工內(nèi)容分為電力排管、電力管溝和綜合管廊三大部分，施工方法采用頂管法和明挖法，其中頂管段施工較為復(fù)雜，需要下穿東新高速公路，頂管為矩形，斷面設(shè)計尺寸為9 100 mm×5 500 mm，頂管井位于東新高速公路兩側(cè)，考慮到高速公路運(yùn)營的安全性，需在頂管上部及兩側(cè)采用φ1.8 m、間距為1.3 m 的MJS（180°下半圓高壓噴射）工法樁進(jìn)行加固。施工平面如圖1所示。

圖1 綜合管廊MJS樁施工平面示意圖Fig.1 Schematic Diagram of the Construction of the MJS Pile of the Integrated Pipe Gallery

1.1 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)情況

擬建場地位于廣州南沙區(qū)大崗鎮(zhèn)，臨近珠江出?？凇Ｆ涞孛矠橹榻侵逓┩康孛?，經(jīng)過圍墾后成為現(xiàn)今魚塘，溝渠、水塘交織成網(wǎng)。頂管段始發(fā)井位于魚塘中，接收井位于農(nóng)田中，MJS 工法樁工作面位于頂管工作井中。

MJS 樁施工段地層由上至下依次為素填土、淤泥、粉細(xì)砂、粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、粉質(zhì)粘土、中粗砂，MJS 工法樁施工范圍為粉細(xì)砂。場地地下水的類型為上部第四系孔隙潛水（埋深1.6～2.3 m），局部具有微弱的承壓性，地表水最主要的來源是降雨，然后以地表滯水的形式匯流至低洼處，通過蒸發(fā)、滲入地下形成地下水或者順著河涌流入珠江水系，該部分地表水為淡水［4］。

1.2 工程特點(diǎn)

本工程采用大斷面矩形頂管下穿東新高速，考慮到施工及后期運(yùn)營安全，下穿前采用超長MJS工法樁對頂管上部進(jìn)行加固，其樁徑1.8 m，半圓、樁間距1.3 m、搭接0.5 m、樁長105.0 m，共計17根。施工時注漿壓力≥40 MPa、空氣壓力0.7 MPa、空氣流量在1.0～2.0 N·m3/min之間，地內(nèi)壓力控制在樁位水頭壓力值以上，凈土壓力值以下。MJS 工法樁與高速公路、頂管結(jié)構(gòu)橫斷面如圖2所示。

圖2 MJS工法樁與高速公路、頂管結(jié)構(gòu)橫斷面示意圖Fig.2 Schematic of Cross Section of MJS Construction Method Pile and Highway，Pipe Jacking Structure （m）

本工程具有以下3個特點(diǎn)：

⑴周邊環(huán)境：本工程與東新高速交叉，路面車流量較多、車速快、地質(zhì)條件差，施工中對路面沉降控制嚴(yán)格，且MJS 工法樁最小覆土6 m，施工過程中需考慮高速公路沉降并采取有效措施，MJS 工法樁與高速公路、頂管結(jié)構(gòu)縱斷面如圖3所示。

圖3 頂管段MJS工法樁加固區(qū)域縱斷面Fig.3 The Longitudinal Section of the MJS Pile Reinforce?ment Area of the Pipe Jacking Section （m）

⑵監(jiān)測手段：MJS 工法樁施工時的監(jiān)測主要包括東新高速路面沉降、水平位移監(jiān)測。根據(jù)場地施工條件，現(xiàn)場監(jiān)測工程師分析當(dāng)天監(jiān)測數(shù)據(jù)及累計數(shù)據(jù)的變化規(guī)律，如果監(jiān)測結(jié)果超過設(shè)計的警戒值必須立刻報備并及時決策采取措施，尤其在MJS 樁鉆進(jìn)過程中，應(yīng)合理控制鉆進(jìn)速度及地內(nèi)壓力，保證連續(xù)均衡施工，避免出現(xiàn)長時間擱置情況，不斷根據(jù)地面沉降觀測反饋數(shù)據(jù)進(jìn)行注漿壓力調(diào)整。

⑶施工難點(diǎn)：MJS工法樁樁長105.0 m，屬于超長水平樁，為降低施工難度，從兩側(cè)工作井對打。受鉆桿自重影響，引孔過程鉆頭將下沉，控制不當(dāng)MJS 工法樁將侵占頂管位置，通過調(diào)整鉆桿仰角、水平導(dǎo)向儀精確控制成孔位置、護(hù)管跟進(jìn)等方法控制垂直度。

2 MJS樁在綜合管廊上部加固的應(yīng)用

2.1 施工方法

頂管工作井圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工完成后，采用長臂挖機(jī)將井內(nèi)土開挖至MJS 工法樁中心點(diǎn)下1.5 m 處位置，然后在基坑周邊設(shè)置臨時排水溝和集水坑，同時配置自動潛水泵確保能夠進(jìn)行集水抽排，在MJS 工法樁主機(jī)及MD200A 型引孔機(jī)下鋪設(shè)Q235B 型20 mm 厚的鋼板提供設(shè)備的穩(wěn)固性。將要施作工法樁進(jìn)行編號，為確保施工過程中未凝固漿液串孔，進(jìn)行跳樁施工。準(zhǔn)備工作完成后，先引孔保留護(hù)筒，MJS 工法樁鉆頭就位，回噴成樁。

2.2 MJS樁施工工藝

MJS工法樁施工工藝詳如圖4所示。

圖4 MJS工法樁施工工藝流程Fig.4 MJS Construction Method Pile Construction Process Flow Chart

2.3 引孔放線

為了保證放樣的精度，在井壁位置采用全站儀對樁位直接進(jìn)行放樣，等待放樣完成后，用取芯機(jī)在地連墻上直接施作定位孔，一般來說定位孔的直徑為250 mm，并要在定位孔上安裝孔口密封裝置，采用MD200A型引孔鉆機(jī)進(jìn)行引孔，引孔護(hù)管直徑為219 mm，為了控制引孔偏差，需要在糾偏鉆探中心安裝信號探棒，通過手持式接收儀跟蹤鉆頭實(shí)時位置和偏差，以便精準(zhǔn)探測引孔鉆頭中心偏差，通過遙顯儀實(shí)時反饋至鉆機(jī)操控臺，根據(jù)對鉆頭的實(shí)時探測結(jié)果，及時糾偏鉆頭，通過糾偏鉆頭斜切的方向，從而達(dá)到對引孔偏差的全方向調(diào)整，成孔中心與樁位中心誤差控制必須小于1/100。

2.4 MJS樁施工步驟

關(guān)于MJS 樁的施工步驟主要分為兩個階段。一是引孔及成孔階段，該階段主要由以下幾個部分組成：①根據(jù)放樣點(diǎn)位，采用取芯機(jī)在地下連續(xù)墻上施作定位孔，定位孔深度為1.1 m，其中伸出墻體外側(cè)部分為0.1 m；②安裝孔口密封裝置；③從孔口密封裝置內(nèi)鉆穿結(jié)構(gòu)墻體，并成孔至設(shè)計深度；④安裝洞口密封閥門。二是高壓噴射階段，其組成部分如下：①將電源、數(shù)據(jù)線、各路管線、鉆頭和地內(nèi)壓力監(jiān)測顯示器充分連接到位，確認(rèn)在鉆頭無荷載的情況下清零且確保密封情況下管線連接管內(nèi)沒有空氣［5］；②檢查設(shè)備的運(yùn)行情況，確保主機(jī)、高壓泵、空壓機(jī)、泥漿攪拌系統(tǒng)、MJS 管理裝置等都能在正常工作狀態(tài)下進(jìn)行主機(jī)就位，機(jī)架放置平穩(wěn)后隨即開始校零核準(zhǔn)；③對接鉆桿和鉆頭，將鉆頭通過引孔護(hù)管深入預(yù)定位置，要注意的是在鉆頭對接時須認(rèn)真對密封圈情況及地內(nèi)壓力進(jìn)行檢查；④鉆頭到達(dá)預(yù)定位置后，調(diào)整鉆具角度；⑤打開回流氣和回流高壓泵，在確認(rèn)噴漿管排漿正常后，打開排泥閥門，然后開啟高壓水泥泵和主空壓機(jī)；⑥施工時需要密切監(jiān)測地內(nèi)壓力，壓力一旦出現(xiàn)不正常，必須立刻停止注漿并及時調(diào)整排漿閥大小以便控制地內(nèi)壓力在安全范圍以內(nèi)；⑦當(dāng)?shù)谝桓@桿噴漿施工完成后，需要把水泥漿切換成水便于對鉆桿進(jìn)行拆卸，如果水泥漿壓力出現(xiàn)下調(diào)趨勢，可見水流已經(jīng)到達(dá)噴嘴位置，此時應(yīng)關(guān)閉水泥漿泵、主空氣、倒吸空氣和倒吸水流。

2.5 MJS施工質(zhì)量控制及保證措施

施工安全問題在整個過程中尤為重要，因此對其施工質(zhì)量要進(jìn)行嚴(yán)格的控制，主要是MJS 樁施工鉆孔容易產(chǎn)生偏差，所以鉆孔位置與設(shè)計位置的偏差不能超過50 mm，分段施工噴射管分段回縮的搭接長度不得小于200 mm［6］。一旦出現(xiàn)緊急情況導(dǎo)致中斷時，在恢復(fù)噴漿之前要將鉆桿向前頂進(jìn)500 mm 作為起始位置，避免出現(xiàn)斷樁。另外引孔開始之前必須校平，待鉆孔就位后開始噴射作業(yè)［7］。MJS 樁施工前，需要選擇合適的位置進(jìn)行試樁和試噴，試樁的方向要垂直于頂管始發(fā)井地連墻井壁，試樁的各項(xiàng)參數(shù)及檢測指標(biāo)需要按照方案的內(nèi)容進(jìn)行，以便檢驗(yàn)設(shè)備的系統(tǒng)性能和對地表的影響情況，更好地指導(dǎo)后續(xù)施工。

3 施工監(jiān)測

3.1 監(jiān)測點(diǎn)布置

為了確保管廊整體施工的安全，在MJS 樁施工之前，測量人員用油漆和鐵釘沿鉆進(jìn)軸線方向在東新高速公路兩側(cè)路肩地表處布點(diǎn)，測點(diǎn)布設(shè)在MJS 樁的中軸線上，在布點(diǎn)前通過全站儀放樣找出MJS 樁的中軸線，在道路邊緣的地表上使用水鉆打穿硬化層，將1.0 m長螺紋鋼筋打入作為沉降測點(diǎn)（見圖5）。路面的目標(biāo)點(diǎn)采用長、寬、厚均為20 mm 的鋼板焊連直徑12 mm的鋼筋作為目標(biāo)觀測點(diǎn)，并用鋼板面做全站儀無菱角反射面，觀測點(diǎn)位涂抹反光涂料，方便夜間監(jiān)測時尋找目標(biāo)。

圖5 道路主干道埋點(diǎn)示意圖Fig.5 Schematic Diagram of the Buried Point of the Main Road

3.2 監(jiān)測方法

頂管上部為東新高速公路，必須對其地表沉降進(jìn)行監(jiān)測，由于路面車速快，監(jiān)測人員無法對東新高速的地表沉降點(diǎn)進(jìn)行正常觀測，在白夜間用全站儀，通過后方交會法架站，架站誤差2 mm 以內(nèi)，從而準(zhǔn)確監(jiān)測路面沉降、隆起、水平位移。

4 工程處理措施

4.1 高速路面沉降控制

本工程需下穿東新高速公路，由于地質(zhì)條件差，高速行車速度較快，路基波動頻繁，施工過程中對上部土體的擾動越大，路面的不均勻沉降則越明顯，因此在MJS 樁鉆進(jìn)過程中，通過控制地內(nèi)壓力、注漿量、排漿量和施工速度等，來控制地面沉降，同時進(jìn)行全過程跟蹤監(jiān)測，一旦發(fā)生異常，停止注漿查找原因，解決問題后才能繼續(xù)進(jìn)行施工［8］。

為防止路面產(chǎn)生不均勻沉降，在東新高速設(shè)計時速120 km/h 的情況下，與本工程交匯處路面為雙向六車道，對其路面車輛荷載進(jìn)行模擬計算，參照國內(nèi)外路基路面施工方案，最終確定超長MJS 工法樁施工過程中上部路面所產(chǎn)生的不均勻沉降不得大于5 mm，一旦超過這一范圍將會影響到施工安全穩(wěn)定及后期運(yùn)營［9］。

4.2 水平樁防傾斜控制

針對MJS 水平施工對成樁垂直度要求較高，成孔偏斜易使鉆桿受力復(fù)雜導(dǎo)致安全隱患，除了糾偏鉆頭的合理設(shè)計、測量手段的應(yīng)用之外，糾偏方法顯得更為重要，一般來說旋轉(zhuǎn)角度越大糾偏效果越差，糾偏過程旋轉(zhuǎn)角度必須小于45°，并且旋轉(zhuǎn)角度在引孔糾偏過程中的影響較大。由于在已成孔區(qū)域，土體無法為斜面提供反力，糾偏效果相對較差，在未成孔區(qū)域糾偏，效果更明顯。水平施工傾斜主要因?yàn)殂@桿自重影響引起的向下傾斜，鉆桿傾斜角度過大時，在偏斜0.3 時，應(yīng)開始糾偏引孔，在引孔之前需設(shè)定一定的上仰傾向［10］。MJS 工法施工過程中，需嚴(yán)格控制地內(nèi)壓力，一旦出現(xiàn)排泥不暢必須及時處理，避免過度擾動周邊土體，同時也要嚴(yán)格控制MJS 工法擺噴方向，在半圓開噴后，每次拆桿開噴都要校正方向，并且要采用測斜儀抽查垂直度，抽查數(shù)量一般不得少于總樁數(shù)的30%，遇有垂直度不合格孔，必須先進(jìn)行修正再進(jìn)行施工，然后加密2倍再次進(jìn)行抽查，直到垂直度穩(wěn)定后恢復(fù)至30%抽查率。

5 結(jié)語

通過該工程應(yīng)用，針對需要下穿高速公路對頂管施工需要加固的問題，提出了采用超長MJS 工法樁對頂管上部進(jìn)行加固的施工方案，并制定了對頂管上部路基路面沉降監(jiān)測的方法以及應(yīng)對措施，得出了以下結(jié)論：

⑴超過100 m水平MJS工法樁加固效果明顯，技術(shù)先進(jìn)，施工過程及工后對高速公路造成的沉降小，控制在5 mm之內(nèi)。

⑵糾偏鉆頭設(shè)計合理、糾偏方法科學(xué)得當(dāng)、測量手段及時有效，頂管推進(jìn)過程中沒有發(fā)現(xiàn)有樁體侵入頂管凈空現(xiàn)象。

以上結(jié)果分析對今后類似工程具有一定參考價值。