地铁深基坑工程地连墙接缝止水MJS工艺分析

地铁深基坑工程地连墙接缝止水 MJS工艺分析

1 鲍光兴 2 张 忠

1 浙江土工岩土科技有限公司，浙江 杭州 310000

²浙江祯祥岩土工程有限公司，浙江 杭州 310000

摘要：近年来，我国一线城市地铁建设规模不断扩大，城市深基坑工程越来越多，对深基坑支护的技术水平和工艺要求越来越高。地下连续墙技术因其良好的截水、防渗、承重、挡土能力和安全可靠而成为地铁深基坑支护的最佳选择，在地铁工程中得到广泛应用。

关键词：墙缝止水；工艺对比；高风险区；MJS成功应用；

某地铁3号线为环线，其中三分之一位于河流河漫滩地区。该地区不仅地下水位高、砂层厚、土壤渗透系数大，而且由于靠近建筑物和构筑物，环境风险高。同时又是哈尔滨的政治、商业中心，需要严格的人文环境。因此，该地区车站深基坑工程地下连续墙的施工质量和止水效果是决定基坑安全的关键环节，接缝止水加固技术的选择尤为重要。

一、MJS方法技术和施工技术

1.MJS方法原理。MJS法的原理类似于传统的高压喷射注浆法，利用高压流体切割地层，同时喷射硬化材料，最终形成具有一定强度的加固桩。MJS法的核心技术是主动排泥和孔压监测，它依赖于一种全新的前端施工设备。该装置具有以下三个主要特征:1)有三个独立的喷嘴，喷嘴1-3用于向地层中喷射硬化控制剂、硬化材料、高压空气或水，其中喷嘴3围绕喷嘴2。硬化控制剂用于调整硬化材料的初始凝固时间。2)使用压力传感器，可以检测孔内的压力，并将其传输回控制中心。前端施工装置还设有弹性块，弹性块可以被孔内的高压空气膨胀，密封弹性块与孔壁之间的间隙。因此，通过调节喷嘴的注射压力和流速，孔中的压力可以保持在一定的恒定值。3)有主动排泥口，主动排泥口内部的高速流体(空气或水)产生负压，可以主动吸走多余的泥浆。主动排泥还可以帮助硬化材料向各个方向均匀扩散。中国的工程师和技术人员已经对多孔管进行了本地化和改进。除了连接孔，还有多达11个孔，用于供应空气、水、硬化材料和排放泥浆。

２．MJS法的特点由于MJS法采用特殊的前端施工设备和多孔管，该技术在很多方面都超越了传统的高压喷射灌浆法，主要体现在:1)地基处理可以在任意方向进行，除了传统的垂直方向外，还可以在水平和倾斜方向进行地基处理。主动排泥使富水条件下水平地基处理施工安全可行。2)传统的高压喷射灌浆方法只通过气举的方式自然排出泥浆，通常会导致孔内压力过大，容易导致表面隆起。MJS法通过监测孔内压力，主动排泥，可以准确管理压力，稳定控制孔内压力，大大降低施工对周围地层和环境的影响。3)在处理深厚地基时，传统的高压喷射灌浆方法会造成排泥困难，增加喷嘴附近的压力，降低喷嘴的工作效率，使硬化材料的喷射效果变差。MJS法的压力管理可以保证孔内压力的稳定性，所以MJS法可以改善超深基础(40m以上)。4)MJS法的喷嘴压力和流量很高，加上稳定的同轴高压空气的保护和地面压力的精确管理，MJS法的桩径可达2 ~ 2.8m；加固桩体横截面可以是传统的圆形，也可以是任意角度的扇形。5)主动排泥可以方便泥浆的管理，多余的泥浆可以集中收集、储存和处理，减少废泥浆对周围土壤和水的污染。

3.MJS施工技术。(1)施工参数。根据日本MJS法协会提供的数据，MJS法的基本技术规范见表1。

表1ＭＪＳ法技术规格

查阅MJS法协会公布的部分资料中MJS法的成功案例，可以看出日本MJS法的地基处理是不加气施工，同时提升速度普遍较快，成桩直径相对较小，只有一种情况是目标直径大于2m。经过在中国的实践和发展，MJS方法的技术参数也发生了变化。在我国MJS法施工中，通常会加入高压空气。高压同轴气辅施工可以大大降低射流的能量损失，有效扩大桩径，进而形成大直径加固桩身。与不曝气的施工方法相比，加入高压空气可使桩径扩大1m左右。MJS法施工参数基本稳定，提升速度指标变化较大，预计直径的变化反映在最终施工结果中。因为每单位长度的全圆加实心需要更多的硬化材料，所以提升速度比非全圆加实心慢很多。（2）施工步骤。根据用途和设备的不同，MJS地基处理技术的施工过程并不完全相同，但总体上可以分为四个步骤，如图1所示。

图1ＭＪＳ法施工步骤

简述如下:1)放置施工机械，设定钻杆钻进角度，安装钻井套管(图1 (a))。2)将多孔管钻至预定深度(图1 (b))。3)当多孔管达到预定深度后，按照设计的参数构造改进体，喷涂硬化材料，逐渐收缩多孔管；同时，观察施工过程中现有建筑物(构筑物)的变形情况(图1 (c))。4)在多孔管完全缩回并完成后，将施工机械移动到下一个预定位置(图1(d))。(3)硬化材料。根据日本MJS工程协会提供的资料，此时的钢筋混凝土在砂土和粘性土中的单轴抗压强度分别可达3兆帕和1兆帕。我国MJS法使用的硬化材料多为水泥浆，水泥标号为P.O42.5，水灰比为1∶1，水泥用量约为1.36~2.72t/m3(视桩径和截面形状而定)。在粘性土中，MJS加固体的28天单轴抗压强度≥1.5兆帕，最大值为5兆帕，平均强度是日本MJS法的1.5~2倍。MJS法加砂性土的固体强度在国内文献中很少见，因此缺乏可靠的强度经验指标。

二、分析案例

1.应用背景。某地铁三号线二期工程穿越路外老城区，地处河漫滩地区，不仅水文地质条件较差，而且靠近老建筑和构筑物，多为巴洛克式历史保护建筑，对变形和沉降要求严格，环境风险高。清真寺站和五道街站都位于这种高危环境，均为三层地下盾构站，埋深约26 m，周边区域狭窄，建筑物和管线较多，主次风险源15个以上，是地铁建成以来风险最高的两个站。这两个车站的深基坑施工过程中没有出错的余地，尤其是地下连续墙接缝处出现涌水涌砂的情况，后果不堪设想。与常规的针形三重管旋喷桩方案相比，MJS方案具有以下优点:(1)MJS成桩深度较深，可全方位进行高压旋喷桩施工和超深施工。目前上海竖向施工已达60m，本工程水文地质环境下传统高压旋喷桩有效成桩深度约20m~25m(2)MJS桩径大，成桩质量高。MJS桩径1.8m~3m，桩身质量均匀，桩身质量良好，强度指标大于1.2兆帕。传统的高压旋喷桩直径只有0.8m~1.5m(3)MJS桩的横截面是柔性的。MJS超高压料浆与同轴空气在有限的角度范围内采用定向喷涂或摆动喷涂，旋转角度为90°~360°，形成不同形状的固化体。传统的高压旋喷桩横截面为圆形。(4)MJS建设对附近建筑影响不大。MJS法通过监测地压和强制排浆来控制地压，可以大大减少施工对周围环境的干扰。传统高压喷射灌浆技术产生的多余泥浆通过土壤和钻杆之间的间隙在地面孔口自然排出。这种排泥方式往往导致地层压力较高，导致周围地层变形较大，地表隆起。

2.应用效果。(1)清真寺站与五道街站地下连续墙接头MJS的实施方案为:每个接头处设置一根2000MJS桩，桩中心距地下连续墙外缘偏移700 mm，采用180°喷射形成半圆形桩身；导孔深度39 m，桩身注浆范围为地下7~39 m(桩长37 m)。(2)成桩效果:经有资质的检测单位取芯检测，37 m深度钢筋混凝土抗压强度为3.2 MPa>1.0 MPa(设计要求)，渗透系数为9.15×10-8<1×10^-7cm/s(设计要求)，均满足设计要求。

总之，虽然MJS工艺成本高、工艺复杂、施工效率低，但其诸多优势可以证明该工艺的优越性。鉴于清真寺和五道街站的高风险环境，成桩深、效果好、对周围环境影响小更为重要。常规工艺一旦出现基坑渗漏和建筑物沉降开裂，后期经济投入将会很大，社会不良影响将会很大。相比之下，在类似的施工环境下，增加一些新工艺的初期投资，有利于地铁民生工程建设。

参考文献：

[1]刘东.地铁深基坑工程地连墙接缝止水MJS工艺.2019.

[2]张兆明.关于地铁深基坑工程地连墙接缝止水MJS工艺分析.2020.