【摘要】深层搅拌法、高压旋喷注浆和SMW工法在地铁工程施工中是经常用到的一些基础加固的方法，这些方式方法在满足地基加固的同时，通常也容易导致地面隆起及地表开裂，从而对周边建筑物、管线以及道路的安全造成一定的影响，甚至会产生比较严重的破坏。针对上海这样高楼林立，地下建筑物较多的大都市，MJS作为一种微扰动注浆施工技术，就能够很好的解决这一难题。文章针对虹桥站北段隧道工程介绍了MJS工法的设计参数以及工法应用，针对施工难点提出了相应的应对措施和施工建议，为对应工法工艺的形成提供实践指导。
【关键词】MJS工法；地铁；基坑；高压喷射；工艺参数
▍引 言
近年来，随着我国经济水平的不断提高，各大城市纷纷投资兴建地铁、隧道等地下市政设施。在此情况下，地基的加固成为了快速施工以及确保工程安全不可或缺的一项措施。目前上海地区针对地基加固采取的主要方法包括深层搅拌法、SMW工法、高压旋喷注浆法以及注浆法等。上述的方法均存在一个共同的特点：在施工时容易产生挤土效应，导致地表开裂以及地面隆起等，对周围市政管线、建筑物以及构筑物的正常使用造成影响，甚至会对其造成严重破坏。特别是当前大城市已经拥有相当密集的地下构筑物，为了解决地基加固，亟需采取一种具有强的可控性以及产生轻微扰动的地基加固方法。MJS工法的问世有效地解决了此项难题，这项工艺是一种微扰动注浆施工技术，对施工周围的建、构筑物造成较小的影响，而且具有比较强的可控性，能够有效地保护周边市政设施以及建筑物。
▍1 MJS工法
1.1 MJS工法原理
全方位高压旋喷注浆MJS（Metro Jet System）工法是在高压喷射注浆法基础上发展而来的。该工法采用独特的前端强制吸浆装置和多孔管，能够实现孔内强制排浆和地下压力监测。通过调整强制排浆量来控制地下压力，使得地下压力能够保持相对稳定。这样能够显著降低施工造成的地表变形的可能性，从而有效降低施工对周边环境的影响，而且地内压力的降低也能够确保成桩直径。在采用MJS工法进行施工时，当压力传感器所监测的孔内压力较大时，通过油压接头对吸浆孔开启的大小进行控制，通过对泥浆排出量进行调节，从而使得土体压力值控制在合理范围内，有效降低施工对周边环境的影响，有效减少挤土效应的发生，以此来尽可能避免施工过程中发生建筑物开裂、地表变形以及构筑物位移等问题。
1.2 MJS工法与传统高压喷射注浆比较的优缺点
1.2.1优点
MJS工法最大的优点就是具有较强的可控性，从而降低对周边建构筑物的影响。合理有序地对废浆进行排放，排放位置具有较多的选择性，对周边环境产生的污染较小，容易进行文明施工和场地管理。单桩截面较大，成桩的质量相对更好，强度比较高。形式更加多样化，比较适合高难以及复杂的环境施工。便于信息化控制，成桩质量容易保证，可以进行超深桩的施工。
1.2.2缺点
MJS工法与传统高压喷射注浆比较，最大的缺点就是单方造价较高，现阶段市场上单方造价在2400-3000元，是传统高压喷射注浆单方造价的5-8倍，这也是MJS工法没有广泛应用的主要原因。单位体积所使用的材料多，传统高压喷射注浆的水泥掺入量在25%—30%，而MJS工法的水泥掺入量一般在45%左右。如果需要下套管，则其施工工序较为复杂，施工效率也相对较低，而且对操作人员的管理以及技术要求也更高。
▍2 工程概况
2.1工程基本概况
上海轨道交通市域线机场联络线虹桥枢纽土建工程范围包含虹桥站改建、区间正线、虹桥至申昆路停车场动车走行线工程设计内容。虹桥站利用既有预留磁浮场，按东侧5线5台规模进行改造。改造期间，虹桥站北段采用4线并行明开挖方式施工，在杨虹路高架下方进行敷设，结构为U型槽。工程整体位于虹桥火车站北侧，线路呈南北走向。起讫里程为标段起点JCDK-0+856.413=JM DK29+135.427～JMDK29+350，正线U型槽长度214.573m，基坑宽度23.7m（下穿杨虹高架处宽22.1m），基坑深度3.84～1.37m。
虹桥站北段隧道工程项目的围护结构方案按照“经济、安全以及方便施工”的原则，并且综合考虑地形及地质条件、防水方案、施工方法以及与主体结构的关系等因素。隧道工程北段围护选择时考虑到明挖段受扬虹路高架影响，高架下方采用MJS桩做围护兼做隔离桩，采用φ2000@1000半喷MJS桩，桩长5m。
2.2地质水文条件
基坑开挖受地质水文条件影响，场地所分布的地下水根据埋藏条件可分为潜水及承压水，潜水主要分布于浅部土层中，承压水主要赋存于1层砂质粉土、2层粉砂及1层粉砂内。2层砂质粉土层中所分布的潜水，因该层上覆1层淤泥质黏土隔水层，具有一定微承压性，其水头埋深按潜水高水位埋深0.5m考虑。
另外，工程场地范围内局部地段有暗浜分布，暗浜深度为4.0m左右，暗浜上部充填物主要为杂填土，下部为黑色的流塑状暗浜土，暗浜对本工程的主要影响为对基坑侧壁稳定性的影响，因其土质极差，易对围护结构产生较大的侧向土压力，在地表荷载作用时，易发生失稳。本工程前部埋藏的j层淤泥质粉质黏土夹砂质粉土（不均匀系数6.02）2层砂质粉土（不均匀系数6.93），1层及3层局部夹有粉性土薄层，结构松散、颗粒均匀、级配差，在动水头作用下，易发生流砂、涌土、潜蚀现象，施工时若出现涌水、流砂等现象，可能会引起周边地基土层被掏空，造成周边建（构）筑物下沉，地面塌陷，危害周边设施的安全，尤其临河基坑施工中需谨防此类现象的发生。
▍3 工艺参数
MJS工法桩工艺参数见表1。
注：井压系数是将井压与孔垂深比值得到的，内压系数公式K=100＊孔内压力/垂直深度H，孔内实际压力通过公式客观地反映出来，更好地调节强制排浆。
（1）每水泥用量计算：土体的质量一般按ρ=1.8t/m3计算，水泥掺量取40%，则水泥每米用量即为：M=ρ*40%=0.72（t）。
（2）泥浆每米体积计算：采取水1：1灰比，理论上水泥浆比重为1.51，则水泥浆每米体积可按以下计算式计算：V1=0.72＊1000＊2/1.5＊3.14＊1.1＊1.1=3647.4（L）。
（3）成桩喷嘴流量计算：根据能量守恒法，注浆压力40MPa，水泥浆流量为230m/s，采用的双喷嘴口径为Φ2.6，喷嘴施工损失率取10%。则喷嘴流量为：V2=230＊5.3＊60＊10-2＊3＊0.9=131.6（L/min）。
（4）每米提升时间：T=V1/V2=28（min），则提升速度为3.5cm/min。
▍4 MJS工法桩应用
4.1 MJS工艺流程
成孔→主机就位→下套→试钻头→下方钻头→清水扫喷→提升喷浆→分段拆杆→喷浆结束→移机就位。MJS加固施工见图2。
（1）施工准备。①桩位放线。施工前，对MJS桩施工控制点进行全站仪测量，并预埋相应标志。复测线合格后，用测线和钢直尺布设桩位，打入木桩做控制点，保证桩孔中心位移偏差不大于50 mm，桩中心距桩线约300～700 mm。②深沟勘探。进场施工前，应先充分了解地下管线的种类和分布情况。从Alpine中心向两侧各挖一条约500 mm的深沟，沟槽开挖深度约1m。如有地下管线，应挖至管线底部，按桩位中心埋一根直径219 mm的钢管至管线下500 mm处，钢管周围回填至地面以下1 m处。③污水及砂浆搅拌系统施工。在MJS桩基施工过程中，通常会有100%～130%的泥浆回流，废泥浆排入沉淀池。沉淀后得到的清水可根据现场情况无污染排放。砂浆搅拌系统通常设置在水泥库附近，以方便操作，主要由水泥设备、砂浆搅拌设备和砂浆储存设备组成。
（2）MJS主机就位。使用起重机将MJS前台主机吊到桩孔位置，并使用垫片调平主机，让钻头底部中心对准桩位中心。然后，采用钻进主机和起重机一起安装钻杆，并下放钻头。在钻头在不受力的情况下，将压力监测显示器的数据进行清零，并仔细检查钻头和钻杆之间的连接情况，确保他们之间连接可靠性，偏差应不超过10mm，钻孔垂直度误差不超过0.5%。同时，还要对其密封性及地下压力计显示情况进行检查，确保均满足要求。在开始钻孔前，应调试泥浆泵确保设备正常运行。校验钻杆长度，并确保孔底标高能够达到设计深度。引孔深度应比设计深度深超过约100cm。
（3）引孔钻进。在进行钻孔施工前，需要对钻孔机械进行试运转，确保机器运转正常后，才能开始进行引孔。在进行引孔时，应该加强泥浆护壁，并且在泥浆中适量加入膨润土，以确保在引孔结束后孔内不会产生任何沉渣。为了防止在地质较差的土层中MJS旋喷喷浆过程中出现钻杆抱死的情况，需要在空钻段埋设套管。特别是对于地层土质较差的情况，需要将套管埋设至桩底以上2～3m。一般情况下，钻杆的直径为142mm，因此埋设的外套管内径不应小于219mm。
（4）引孔垂直度的控制。旋喷桩偏差控制的关键在于保证引孔垂直度，引孔应满足1/200的要求。在进行引孔时，必须确保钻机水平且钻杆垂直，采用导向钻头进行引孔。要经常检查钻杆垂直度，并在钻杆偏差超过要求时将钻杆上提到垂直度比较好的位置进行扫孔。如果无法进行扫孔，应回填后重新开始引孔工作。
（5）MJS桩喷射钻机就位下放钻杆。在超过设计深度1m的引孔上开孔，然后埋设套管。将引孔钻机移除，然后将MJS全方位超高压旋喷钻机就位，并调整其水平度。根据设计孔深计算出下放钻杆的节数，逐节将钻杆下放，直到喷嘴位置到达设计的标高。
（6）MJS桩喷射。将钻杆下放至设计标高后，开始进行喷浆，喷浆过程中利用高压空气及高压泵进行喷射，为了保障桩底端的质量，将喷嘴下沉至设计深度时，应在原位置旋转超过60s，等到地内压力符合设计值后，开启倒吸水以及开始旋喷步距提升。
（7）旋喷提升。开启高压空气以及高压喷射泵后，从下往上进行旋喷，同时倒吸排出泥浆。为了提高桩底部的质量，适当增加钻杆在桩底部1.0m范围内的喷浆旋喷时间。
（8）钻机移位。为了保证桩顶标高及施工质量，当浆液喷嘴提升至高于桩顶标高所设计值的100mm时停止旋喷，提升钻杆并逐节将出孔口拆除，对注浆泵、输送管道以及钻杆进行清洗，完成清洗后将钻机移到下一孔。
4.2成桩过程中技术要点
成桩施工的技术要点主要有以下几点：
（1）MJS主机就位对桩位偏差、垂直度以及对中整平等进行检查；
（2）在进行MJS钻杆时，检查喷嘴、排泥阀门、螺栓和地下压力感应器等部件；
（3）在混凝土配制的后台配浆过程中，对水泥的规格、搅拌时间、比重以及配比等进行精确控制；
（4）喷浆及供浆过程中对水泥浆压力、步距、流量以及空气压力等进行检查；
（5）进行地下压力控制，根据地下压力感应显示器的数值实时调整，严格按照相关质量检查标准执行。
4.3监测
在对深基坑进行施工时，为了确保被支护土体以及支护结构的稳定，必须对基坑周边的土体、基坑支护结构以及相邻的建筑物开展系统、综合的监测，以便全面掌握工程情况。根据监测获取的实时数据，及时对支护措施以及开挖速度进行调整，从而确保工程能够顺利开展。出于本项目的敏感性考虑，我们对施工全过程进行了周边环境的监测。各监测点的变化都被控制在不超过5mm的范围内，明显低于设计要求的10mm。这再次证明了MJS工法在现有建（构）筑物周边施工的能力。
▍5 施工重难点及解决方案
5.1水泥强度不均匀而产生缩颈
（1）原因分析。由于没有充分考虑地质条件，对机具和喷射方法进行合理选择，导致喷浆设备发生故障并中断施工。在这个过程中，若拔出桩的速度、注入浆液的量以及旋转速度不适当，会导致桩身直径大小存在差异，浆液不均匀。土壤被切削后，没有充分均匀地与喷射的浆液混合，这导致了穿过的粘性土较硬且颈部缩小。
（2）处理方法。综合考虑施工的地质条件以及设计要求，合理选择机具和喷浆方法。喷浆前，首先开展压浆压气试验，试验合格后才能进行配浆，确保喷射能够连续进行，为保证泥浆均匀无硬块，配浆过程中必须用筛进行过滤。根据桩身的均匀质性以及固结体的形状，对喷嘴的旋转速度、喷射压力、喷浆量以及提升速度进行调整。针对底部难以检查以及极易发生缩颈的位置采用复喷或者定位旋转喷射的桩径扩大方法。对浆液的稠度以及水灰比进行控制。对喷嘴的位置、直径、加工精度以及形状等进行严格要求，确保喷浆效果。
5.2钻孔沉管困难，偏斜和冒浆的问题
（1）原因分析。钻孔沉管困难的主要原因有地面不够平实，地下存在埋设物，钻杆倾斜度超过设计标准。冒浆主要是因为注浆量与实际需求严重不符，地层中存在较大空隙。冒浆量过大或者不冒浆主要是由于注浆量与有效喷射范围不相适应，注浆量远超旋喷固结所需导致。
（2）处理方法。对桩位点进行钎探，当地下存在埋设物时应当移动桩钻孔点或者将埋设物清除。喷射注浆前应当首先对场地进行平整，保证钻杆垂直度偏差不超过1/200。采用侧口式喷头，加大喷射能力并缩小出浆口孔径，保证浆液量能够满足实际需求，降低冒浆风险。同时对水泥浆液的配合比进行控制。加入适量速凝剂到浆液中，减少固结时间，使得浆液能够在一定土层范围内进行凝固，在空隙地段还可以加大注浆量，等到空隙被填满后才继续进行旋喷。对于冒浆量太大的情况，则可以适当减小喷嘴孔径、提高旋转速度和喷射压力以及加快提升。
5.3固结体顶部下凹
（1）原因分析。当水泥浆液与土混合后，由于浆液析水特性的影响，固结体会发生一定程度的收缩，并导致其顶部出现凹陷。凹陷的深度取决于固结体的长度和直径以及土质和浆液的析水性等因素的不同。
（2）处理方法。为了增强固结体的稳定性，可以采取以下措施：若旋喷长度超过设计长度的0.3～1.0m，或者施工完成后发现固结体顶部有不均匀沉降，可以通过在顶部凿去一部分，填充混凝土凹穴位置或者直接注入浆液到旋喷孔中的方式加固；另外，完成旋喷注浆工作后，在固结体顶部的0.5～1.0m范围内继续钻进0.5～1.0m，同时在原位提杆的基础上再次注浆复喷，以达到加固的目的。
▍结 语
本篇文章探讨了在软土地区进行地铁明挖基坑工程时，采用MJS工法桩作为土体帷幕和土体加固的实例。针对施工过程中的重点难点问题和水文地质情况，进行全面分析并计算各种控制参数。在考虑MJS施工工艺的基础上，有针对性地提出了MJS工法在施工过程中所面临的问题的合理解决方案。实际施工中，这些措施取得了较好的效果。本文所提供的经验对于类似的地铁工程施工具有重要的参考价值，可以为相应工法工艺的形成提供有效的实践指导。
整理：项敏
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