MJS工法桩在浅埋暗挖隧道穿越VI级围岩(⑤号淤泥质粉质粘土)施工中的应用

MJS工法桩在浅埋暗挖隧道穿越VI级围岩（⑤号淤泥质粉质粘
土）施工中的应用
石勇
摘要文章介绍了MJS工法桩超前预加固技术在杭州市紫之隧道（紫金港路—之江路）工程土建第1标段浅埋暗挖隧道穿越VI级围岩（淤泥质粉质粘土）中的应用。

根据施工中所遇到的实际情况及施工难点，阐述了采用MJS工法的原因，对MJS工法的工艺原理、工艺特点、加固方案、施工技术参数、加固效果等进行了详述，为类似工程提供参考。

关键词浅埋暗挖隧道 MJS工法桩预加固
1 工程概况
杭州市紫之隧道（紫金港路—之江路）工程土建第1标段中的浅埋暗挖段西线K0+792.6~K1+043、东线K0+840~K1+083为VI级围岩段（⑤号淤泥质粉质粘土），采用超前管棚和小导管联合超前支护，周边预注浆加固和堵水，CRD工法施工。

在施工过程中，由于⑤号淤泥质粉质粘土自身的高压缩、触变、低强度等特性，隧道下部导洞开挖轮廓线外靠注浆加固难以达到有效改善土体强度的效果，锁脚、锁腰锚杆在⑤号土层中的锚固作用不明显，按照原有设计方案施工，开挖后隧道有整体沉降趋势，拱顶发生沉降侵限。

而且由于注浆加固的不均匀性及随机性，开挖过程中两侧及底部土体有向内挤压拱架的作用力，隧道横向收敛加剧，风险较大。

为确保工程的安全、质量，加强沉降控制，对浅埋暗挖段VI级围岩已施工大管棚30m段进行了地面的MJS垂直加固和洞内的MJS水平加固，实现对开挖断面内的拱顶超前大管棚强度补强，侧向拱架处的拱脚加固以及拱底进行封闭。

图1 为VI级围岩段与MJS加固段平面位置图。

图1 VI级围岩段与MJS加固段平面位置图
2 工程地质条件
浅埋暗挖下穿之江路段开挖断面全部位于淤泥质粉质粘土中，土体（⑤号土，见图2）呈灰色，流塑，饱和，厚层状为主，属软土类，具有低强度、高触变性和高压缩性的特点。

该层土易产生蠕动现象，开挖后自稳能力极差，易坍塌，地面沉降难以控制，其主要物理参数见表1。

表1淤泥质粉质粘土物理参数表
参数含水
量（%）
土重度γ
（KN/m3）
塑限液限
压缩系数
α1-2（MPa）
压缩模量
Es（MPa）
固快粘聚
力C（Kpa）
固快内摩
擦角φ
（度）42.8 17.2 20.8 36.1 0.78 2.9 8.8 8.4
图2 ⑤号淤泥质粉质粘土现场取样照片
3 MJS工法桩工艺原理及工艺特点
MJS工法(Metro Jet System)又称全方位高压喷射工法，MJS工法在传统高压喷射注浆工艺的基础上，采用了独特的多孔管和前端造成装置，实现了孔内强制排浆和地内压力监测，并通过调整强制排浆量来控制地内压力，使深处排泥和地内压力得到合理控制，使地内压力稳定，也就降低了在施工中出现地表变形的可能性，大幅度减少对环境的影响，而地内压力的降低也进一步保证了成桩直径。

和传统旋喷工艺相比，MJS工法减小了施工对周边环境的影响。

MJS工法具有以下工艺特点：
（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。

特别是其特有的排浆方式，使得在富水土层、需进行孔口密封的情况下进行水平施工变得安全可行。

（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1.5Mpa。

（3）对周边环境影响小，超深施工有保证
传统高压喷射注浆工艺产生的多余泥浆是通过土体与钻杆的间隙，在地面孔口处自然排出。

这样的排浆方式往往造成地层内压力偏大，导致周围地层产生较大变形、地表隆起。

同时在加固深处时排泥比较困难，造成钻杆和高压喷射枪四周的压力增大，往往导致喷射效率降低，影响加固效果及可靠性。

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，可以大幅度较少施工对周边环境的扰动，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。

（5）自动化程度高
转速、提升、角度等关系质量关键问题均为提前设置，并实时记录施工数据，尽可能的减少了人为因素造成的质量问题。

4 MJS工法桩加固方案
4.1 西线30m管棚段加固方案
4.1.1 加固范围及桩位布置
西线隧道采用水平MJS与垂直MJS工法相结合的方式加固。

西线两侧临边采用直径1.3m有效长度10.1m垂直MJS工法桩加固，在西线右外侧施工桩径3.6m，有效加固长度4m的MJS工法桩，开挖时的锁脚锚杆将嵌入桩体。

水平施工采用17根桩径2.4m半圆形MJS工法桩和3根全圆不带主气1.3m桩径MJS 工法桩对未开挖区域及拱底进行加固撑托，水平桩位布置见图3，垂直桩位布置见图4。

图3西线隧道MJS水平加固桩位布置图及垂直工法桩断面图
图4西线隧道MJS垂直加固桩位布置图
4.1.1 施工技术参数
1）Φ2.4mMJS工法桩参数
（1）水灰比
表2 Φ2.4mMJS工法桩水灰比
（2）桩径：2400mm
（3）浆压力：≥40MPa
（4）空气压力：0.6~0.7 MPa
（5）空气流量：1.0～2.0Nm3/min
（6）地内压力：1.3～1.6的系数（视地质情况和监测数据进行调节和控制）（7）成桩水平度误差：≤1/100
（8）水泥用量：约3.3吨/米
（9）回抽速度：40min/m
（10）浆液流量：90~100L/min
2）Φ3.6mMJS工法桩参数
（1）水灰比
表3 Φ3.6mMJS工法桩水灰比
（2）桩径：3600mm
（3）浆压力：≥40MPa
（4）空气压力：0.6~0.7 MPa
（5）空气流量：1.0～2.0Nm3/min
（6）地内压力：1.3～1.6的系数（视地质情况和监测数据进行调节和控制）（7）成桩水平度误差：≤1/100
（8）水泥用量：约12吨/米
（9）回抽速度：80min/m
（10）浆液流量：180~200L/min
3）Φ1.3mMJS工法桩参数
（1）水灰比
表4 Φ1.3m MJS工法桩水灰比
（2）桩径：1300mm
（3）浆压力：≥40MPa
（4）地内压力：1.1～1.2的系数（视地质情况和监测数据进行调节和控制）（5）成桩水平度误差：≤1/100
（6）水泥用量：约5吨/米
（7）回抽速度：30min/m
（8）浆液流量：180L/min
4.2东线30m管棚段加固方案
4.2.1加固范围及桩位布置
东线两侧临边采用直径2.4m有效长度11.5m垂直MJS工法桩加固。

由于东线在MJS工法桩加固前开挖尚未出管棚加固区，故对掌子面内及拱顶和拱底均采用2.4m半圆形水平MJS工法桩加固，共计32根，水平桩位布置见图5，垂直桩位布置见图6。

图5 东线隧道MJS水平加固桩位布置图及垂直工法桩断面图
图6 东线隧道垂直MJS工法桩平面图
4.2.2 施工技术参数
1）Φ2.4mMJS工法桩参数
（1）水灰比
表5 Φ2.4mMJS工法桩水灰比
（2）桩径：2400mm
（3）浆压力：≥40MPa
（4）空气压力：0.6~0.7 MPa
（5）空气流量：1.0～2.0Nm3/min
（6）地内压力：1.3～1.6的系数（视地质情况和监测数据进行调节和控制）（7）成桩水平度误差：≤1/100
（8）水泥用量：约3.3吨/米
（9）回抽速度：40min/m
（10）浆液流量：90~100L/min
5 MJS工法桩加固效果
本工程MJS工法桩自2014年7月17日开始施工至2014年11月8日全部完成，西线隧道于2014年10月1日开始开挖。

通过对现场MJS工法桩钻芯检测，MJS工法桩在VI级围岩段（淤泥质粉质粘土）粉土、粘土层中桩身28d无侧限抗压强度≥1.1Mpa，满足设计强度1.0Mpa的要求，桩径、桩长均达到设计要求。

在MJS工法桩施工前，自2014年4月10日隧道开挖至2014年7月15日，地表沉降最大点为XCJ3，累计沉降-405.87mm（见图7）；在MJS工法桩施工后，自2014年10月1日隧道恢复开挖至2014年11月19日，隧道开挖地表沉降累计变化最大点为XCJ4，沉降由MJS工法桩施工前-92.93mm变化至-141.53mm，
累计沉降-48.6mm（见图8）
图7 MJS工法桩施工前地表沉降曲线
通过与现场施工后期开挖地表沉降对比，MJS工法桩有效地改良了加固区土
体
图8 MJS工法桩施工后地表沉降曲线
通过施工现场MJS工法桩施工前后隧道开挖成果对比，MJS工法改良了加固区土体，地表沉降得到有效控制，使得浅埋暗挖隧道的施工安全、质量得到保障。

6 结语
通过杭州市紫之隧道（紫金港路—之江路）工程土建第1标段的工程实践，MJS工法桩超前预加固在VI级围岩（⑤号淤泥质粉质粘土）中可以起到良好的土体改良效果，大幅减少隧道开挖时的地表沉降，对提高浅埋暗挖法隧道施工安全、质量起到了重要作用。