中铁十局集团第三建设有限公司 合肥 230023
摘要：为了防止盾构始发洞门破除及掘进时、洞门土体及地下水外涌，造成开挖面失稳，在盾构始发前需要对端头井L=L1+（1.5-2）D范围内的土体进行加固，（L1为盾构机长度，D为管片的环宽）全方位高压喷射注浆（简称MJS工法）是高压喷射注浆的一种。全方位高压喷射具有施工空间小、桩径大、成桩质量好、强制排浆和地内压力监控功能，可以对排泥进行集中管理，并通过调整强制排浆量达到控制地内压力的目的，从而减小喷射能量的损耗，降低施工对周边环境的影响。该技术广泛应用于端头井富水软弱地层加固，可保证盾构安全始发并减小始发工序对地表及周边建筑的影响。
关键词：土体加固；高压喷射注浆；压力监测；强制排浆
1引言
杭州市机场快线沈塘桥站位于老城区文三路主干道上，距离西湖约2公里，地下水丰富且采用半盖挖施工，现场盾构端头井加固施工作业面临以下几个问题：
1）受变压器影响及交改场地限制，管线无法完全迁改出端头井加固区域，加固区内管线主要为：2道L型燃气管线、64根弱电排管以及未知电力管线2根；临近加固区主要管线有：10kv电力（迁改后紧邻加固区边缘）、供水、污水及雨水管。
2）在一期二阶段交改后围挡内净宽最大为13.8m，场地尺寸无法满足三轴搅拌桩（三轴设备16m×11m，且边上有3m加固不到）施工要求。
在面临以上两个问题时，经反复研究并上报业主进行设计变更决定采用全方位高压喷射注浆法（简称MJS工法）来进行端头井土体加固，该方法有效的解决了小空间施工，以及加固对地下管线、地表建筑的影响、并对施工排出来的泥浆进行分离干化处理，有效的解决了文明施工问题。采用MJS工法端头井土体加固效果较好，安全有效的保障了盾构机始发掘进。
2 MJS工法简介
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全方位高压喷射注浆（简称MJS工法）是高压喷射注浆的一种。全方位高压喷射注浆钻杆采用多孔管的构造形式，具有强制排浆和地内压力监控功能，并通过调整强制排浆量达到控制地内压力的目的，从而减小喷射能量的损耗，降低施工对周边环境的影响，可以对排泥进行集中管理。全方位高压喷射注浆可进行水平、倾斜、垂直施工。见下图施工概要图。
2.1 工艺优点
（1）可以"全方位"进行高压喷射注浆施工，MJS工法可以进行水平、倾斜、垂直各方向、任意角度的施工；
（2）桩径大，桩身质量好。喷射流初始压力达40MPa，流量约90～130 L/min，使用单喷嘴喷射，每米喷射时间30~40min（平均提升速度2.5～3.3cm/min），喷射流能量大，作用时间长，再加上稳定的同轴高压空气的保护和对地内压力的调整，使得MJS工法成桩直径较大，可达2～2.8m（砂土N<70，粘土C<50）。由于直接采用水泥浆液进行喷射，其桩身质量较好，强度指标大于1.2MPa。
（3）对周边环境影响小，超深施工有保证，MJS工法通过地内压力监测和强制排浆的手段，对地内压力进行调控，可以大幅度减少施工对周边环境、地表构筑物及管线的扰动，并保证超深施工的效果。
（4）泥浆污染少，MJS工法采用专用排泥管进行排浆，有利于泥浆集中管理，施工场地干净。同时对地内压力的调控，也减少了泥浆"窜"入土壤、水体或是地下管道的现象。
2.2 MJS工法加固土体工艺
第一阶段为引孔阶段：预钻孔施工过程中随时监测钻孔垂直度及地层稳定情况，并及时纠偏。成孔后及时测孔，垂直度控制在1/150。由于地层被扰动后自稳定性能较差，预钻孔成孔过程中采用膨润土人工造浆护壁，泥浆粘度≥20s。
第二阶段为摇摆喷射阶段，通过安装在钻头底部侧面的特殊喷嘴，置入土体深度后，用高压泵等高压发生装置，以40Mpa左右的压力将硬化材料及空气从喷嘴喷射出去，并一边将多孔管抽回。由于高压喷射流具有强大的切削能力，因此，喷射的浆液一边切削四边土体，土体在喷射流的冲击力、离心力和重力等作用下，与浆液搅拌混合，并按一定的浆土比例及质量大小有规律地重新排列，浆液凝固后，便在土中形成各种形状的加固体。
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4全方位高压喷射注浆钻杆下至设计标高 5喷浆施工、同步强制排泥 6施工至设计标高，结束施工
图2.2-1 全方位高压喷射注浆常规垂直施工流程图
MJS工法摇摆喷射是采用步进喷射，即一步一步向上喷，一步作为一个步距，通常每一个步距为25mm，每一个步距来回喷射一个单位时间，单位时间根据摇摆角度确定。当是360°喷射时，单位时间为60s。
加固体的半径和许多因素有关，其中包括喷射压力P、提升速度S、现场土的剪切强度τ、喷嘴直径D和浆液稠度B等：
R=f（P，S，τ，D，B……）
加固范围与喷射压力P、喷嘴直径D成正比，而与提升速度S、土的剪切强度τ和浆液稠度B成反比。加固强度与单位加固体中的水泥含量、水泥浆稠度和土质有关。单位加固体中的水泥浆含量越高、喷射的浆液越稠，则加固强度越高。此外，在砂性土中的加固强度显然比在软弱粘性土中的加固强度高。
2.3 MJS工法主要施工设备情况
MJS工法施工主要设备见下图所示）
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1.主控机 2.高压注浆泵（浆泵）
图3-2 沈塘桥站大里程端头井加固图
沈塘桥站右线大小里程端头井加固采用MJS工法施工，加固范围长度为7.5m，小里程端头井靠地连墙外侧2.5m范围内，加固高度为14.9m，其他部位宽、高为盾构机周围3m区域，MJS施工分为两个施工区域：孔深28.2m为第一施工区和27.8m为第二施工区，施工安排如下：
（1）第一施工区域：直径2500mm，深度28.2m，28根全圆摆喷；
（2）第二施工区域：直径2500mm，深度27.8m，28根全圆摆喷。
MJS桩径为2.5米，桩间咬合0.7米。MJS工法桩施工采用隔一打一顺序，即现施工WZ1、WZ3、WZ5，再施工WZ2、WZ4、WZ6依次类推（大小里程相同）。
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图3-3 MJS工法桩桩位布置及施工顺序图
3.2沈塘桥站MJS施工主要技术参数
表3.2-1 主要技术参数确定
4 施工过程中的质量控制
4.1桩位及标高控制
现场严格规范按设计图纸施工，分二步实施：
（1）每一根桩的位置由测量主管利用全站仪进行放点，钻机引孔结束后由技术主管对成孔的孔深，及垂直度进行测量，确保成孔合格。
（2）技术主管利用水准仪对路基板标高进行测量，结合喷浆管长度，通过测量和计算确保桩底标高，再结合MJS主控机界面的累计桩长参数，确保桩顶标高。
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图4.1-1 MJS单根桩基施工交底
4.2施工水泥浆液质量控制
进入施工场得水泥必须附带质量检验合格证书，水泥由物资部把关进场数量，定期过磅，现场通过开罐检查，确保每一辆罐车水泥足量进入现场。
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图4.2-1水泥进场质量及数量检查验收
每一根桩喷浆用的水泥浆溶液进行两次泥浆比重测量，设计泥浆比重要求1.5～1.53，确保施工浆液质量。水泥浆拌合站自带称重及电脑机打小票系统，可以调阅并打印每一盘拌浆时水泥与水的质量记录、时间记录，确保配浆比重为1：1，并通过时间来记录成桩过程。
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图4.2-2水泥浆液自动拌浆系统
4.3施工参数控制
MJS工法桩施工是成套设备集成化施工，参数可以实现可视化，并严格按规定参数施工，具体见下表。
表4.3-1 MJS可视化施工参数表
其中提升速度、步距行程、步距提升时间、转速、累计桩长、地内压力可直接从显示器中读出，其他流量压力参数均可以通过流量表、压力表读出。现场技术人员在施工每根桩开始时按设计规范确定施工参数，并且在施工过程中定时、不定时巡查各项参数，确保施工严格按设计规范，保证成桩质量及地基加固效果。
4.4施工中断处理
在施工过程中不可避免会出现施工中断，若施工因故停止，在恢复施工时，与停止前喷射过的区域搭接施工不应小于50cm。以保证桩的连续性。当施工停止超过1h，或高压喷射注浆完毕，应拔出钻杆并进行清洗，防止钻杆、喷嘴堵塞。
5结论
全方位高压喷射注浆（简称MJS工法），很好的解决了杭州地区土质软弱、天然含水量高、孔隙比大、高压缩性、高灵敏度、低透水性、承载力低、抗剪强度低等问题。端头井加固成桩效果好，保证了盾构始发洞门破除及掘进安全。不仅如此，MJS工法桩施工具有优秀的泥浆处理能力，排泥量可以调节，以此来控制地内压力，使深处排泥和地内压力得到合理控制，减小施工对周边管线、建筑的影响；设备装有专用排泥管，因此可以略去排泥槽，减小对环境的污染；MJS成套设备相比其于他工法加固设备对场地要求限制较小，能够更合理的安排施工。该方法在拥堵的城市富水软弱地层加固处理中值得推广。
参考文献：
[1] 杭州市机场轨道快线沈塘桥站施工图等设计文件；
[2] 杭州市机场轨道快线沈塘桥站-文三路区间工程地质勘察报告；
[3] 《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2012）；
[4] 《全方位压力平衡高压喷射注浆法（MJS工法）施工规程（试行）》（QJ/STEC 009-2014）；
作者简介：
王浩然（出生年月：1988年5月），性别：男，籍贯：安徽省怀宁县，职称：工程师，从事工作：施工技术管理10年。