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MJS工法倾斜加固技术在顶管洞门加固中的实施

MJS-RJP 2022年5月10日 项敏 47


摘 要


摘要在城市建设高速发展的今天,城市中心地带的轨道交通建设所处的环境愈发复杂,建设难度日益增大,需要使用特殊的施工工艺来提高工程建设的安全性,降低其对周边环境以及交通的影响。MJS工法能够适应低净高、复杂环境下作业,可以解决中心城区复杂工况下的地基处理难题。文章介绍了MJS工法小角度倾斜加固技术在上海轨交14号线静安寺站大断面类矩形顶管洞门加固中的应用,通过在特殊工况下MJS工法倾斜桩的成功实施,为今后类似工程提供借鉴与参考。


关键词:顶管洞门加固;MJS工法;倾斜加固


前 言


随着城市建设环境越来越复杂,地铁建设工程越来越多的面临施工场地狭小、作业空间有限的状况,给地基处理工作带来困难。MJS(Metro Jet System)又称全方位高压喷射工法,可以进行水平、倾斜、垂直各方向任意角度的施工,其所使用的机械设备,可根据施工环境进行灵活调整,对空间要求相对较小,十分适合于现代城市中周边建筑环境复杂的地铁工程建设的地基处理。


1 工程简介


1.1 工程概况

上海轨交14号线静安寺站位于延安中路与华山路交叉路口的华山路下方,沿华山路南北向布置,紧邻延安路高架、人行天桥、贵都国际大酒店等建(构)筑物。


该车站为地下3层结构,其主体总长达230m,最深为26.2m,沿线路方向划分为A区、B区、C区,车站平面示意如图1所示。

MJS工法倾斜加固技术在顶管洞门加固中的实施


静安寺站跨延安中路段的B区分为3条隧道,下部2条为站台层,上部1条为站厅层,均釆用顶管法实施,车站剖面如图2所示。3条顶管隧道长度均为82.0m,其中位于站台层的2条顶管隧道断面尺寸为8700mmX9900mm,覆土深度约15.0m,间距仅为2.0m;站厅层顶管隧道断面尺寸为4880mm X 9500mm,覆土深度仅5.0m。

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为了确保在施工过程中顶管进始发安全,静安寺站顶管始发井、接收井均釆用MJS工法进行加固。


1.2 工程地质

本工程场地范围内洞门加固所涉及的土层为:①it层为杂填土,厚1.5〜4.4m;②1层为灰黄色黏土,层顶埋深约1.5〜3.4m,厚0.2-2.2m;③层为灰色淤泥质粉质黏土,层顶埋深约3.1〜4.5m,厚4.5〜6.3m;④层为灰色淤泥质黏土,层顶埋深约8.8〜10.0m,厚6.2〜7.3m;⑤it层为灰色黏土,层顶埋深约15.5〜16.5m,厚6.0-7.2m;⑤i_2层为灰色粉质黏土,层顶埋深约22.0〜23.2m,厚4.5〜9.7m。其中,③、④及⑤1层强度低而含水量、压缩性、灵敏度均较高。


2 设计概况


2.1 原设计方案

按照静安寺站顶管洞门加固招标文件设计图纸,原设计方案站台层、站厅层洞门加固釆用MJS工法施工,设计桩径2400mm,加固范围为顶管外侧各6m,加固厚度均为6m,同时在第一、第二排MJS工法桩之间插入H型钢,MJS洞门加固体28d无侧限抗压强度qu1.0MPa,原设计方案顶管洞门加固平面如图3所示。

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2.2设计方案优化

若按原设计方案实施,施工前须拆除该区域上方人行天桥。后根据设计变更要求,静安寺站顶管洞门加固因受天桥不拆影响,天桥下方区域净高仅有4.5m,取消内插型钢,调整加固范围,设计单位据此提出2个方面的调整措施。


2.2.1调整顶管进出洞MJS加固范围

1)站台层顶管始发加固范围为顶管外侧各6m,加固厚度增加至7.5m;顶管接收加固范围为顶管外侧各6m,加固厚度为6m,调整后的顶管洞门MJS加固平面如图4所示。

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2)站厅层顶管始发、接收加固范围均为顶管左右两侧各4.5m,顶管上方加固至现状地面,加固厚度均为6m,调整后的顶管洞门MJS加固剖面如图5所示。

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3)为保证刀盘在同一截面受力均匀,进而确保顶管施工的顺利顶进,考虑在局部区域进行补桩,补桩加固范围为顶管外侧各1m范围内。


2.2.2提高MJS加固体强度

MJS工法洞门加固体28d无侧限抗压强度由qu 1.0MPa提高至qu ≥ 1.5MPa。


3 MJS工法倾斜加固


本工程设计优化后的C区1号顶管(始发顶管)左侧约有5m范围MJS加固区位于华山路机动车道内。经与交管部门确认,为确保社会交通的正常运行,该施工区域的围挡无法外扩,MJS垂直桩无作业空间。为满足设计要求,C区1号顶管始发洞门加固釆用MJS倾斜桩与垂直桩相结合的方式;2号、3号顶管接收洞门加固采用MJS垂直桩。


3.1 C区始发加固施工方案

根据上述工况分析,本工程C区1号顶管始发加固施工方案如下:

釆用5排6 2400mm@1700mm左右MJS工法桩,全圆(360°喷射),梅花形布桩,排距1600mm,桩长均为21m左右。


1)垂直桩每排布设2根,共计10根,成桩垂直度误差不大于1%。


2)倾斜桩每排布设10根,共计50根,倾斜桩成桩角度控制偏差值在±0.5。以内。为保证桩体之间的搭接,倾斜加固釆用渐进式角度(角度变化范围1°〜10°),满足顶管始发区域的加固设计要求。


C区1号顶管始发加固剖面如图6所示。

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为保证桩体直径及加固强度达到设计要求,在正式施工开始前进行试桩试验。根据试桩结果反馈信息,将此次MJS工法施工技术参数进行优化升级,主要参数调整如表1所示。


优化后本工程的MJS工法施工主要技术参数如表2所示。


MJS工法倾斜加固技术在顶管洞门加固中的实施


3.2 MJS倾斜加固施工流程

MJS倾斜加固施工流程如图7所示。

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3.3 MJS倾斜加固施工保证措施

1)釆用可调节角度的工作平台来调整MJS-65CVH套管机至该桩位的设定值,釆用光纤陀螺测斜仪对其角度进行测量控制,偏差值控制在±0.5°以内。


2)MJS垂直施工引孔一般釆用φ 100mm钻杆+φ220mm钻头组合方式进行,由于钻杆刚度不够,在进行倾斜引孔时钻杆会发生弯曲,导致角度偏差加大。因此,倾斜加固施工时,成孔作业釆用MJS-65CVH套管机,配合φ220mm钢套管进行引孔,同时采用膨润土泥浆护壁,保证孔壁的稳定性。引孔过程中釆用光纤陀螺测斜仪测角度,控制引孔精度。


3)引孔完成后,在孔内留置8m钢套管,一是可以为MJS钻杆起导向作用,二是可以避免上层回填土的塌方埋钻,增加钻杆扭矩,防止钻杆断裂。


4)在施工过程中严格控制地内压力,并按技术参数施工,注重喷射主气(1号气)的回收。一旦出现地内压力异常,立即停止喷浆,待査明原因、地内压力正常后,恢复施工。


5)施工中,每个作业班派专人每2h对人行天桥、华山路等周围重点建(构)筑物及施工场地周边道路巡视1次,并形成巡视记录。结合监测数据的反馈,适时调整地内压力,控制对周边环境的影响。


6)MJS加固区域上方为人行天桥,施工净高4.5m,作业空间受限,当提升1根1.5m钻杆后,及时拆卸;起吊设备由常规的25t汽车吊改为4.8t小吊车,满足拆、装钻杆需求;运用MJS钻机自身的移位功能完成场内跳桩施工。


7)MJS施工所釆用的钻杆在进场前及施工过程中,必须进行金属探伤检测,发现问题钻杆需及时维修或更换,以此确保所有在用钻杆焊缝无缺陷。


8)加强现场操作工人的岗前作业培训,提高专业技能水平,减少人为操作失误;保证常用设备及耗材的备品备件库存,并及时检査更换已损耗配件。


3.4 施工情况分析

本次施工中存在以下几个问题:


1)受施工区域净空限制,相同桩长情况下,本次施工拆、装钻杆次数较常规施工增加近1倍,整体施工工期较长。


2)MJS-65CVH主机自移位操作相对繁琐,耗时较长,较远距离的跳桩施工在工况允许的情况下,优先考虑釆用吊装移位。


3)MJS-65CVH套管机引孔,成孔速度慢,倾斜角度施工控制难度大,有待后续进一步的改善。


4)倾斜加固成孔需额外克服重力因素引起的塌孔,孔壁稳定性控制较垂直MJS难度大,引孔过程中存在角度不符合设计要求,须重新纠偏、修孔。


4 加固实施效果分析


C区顶管始发加固共60根桩,其中斜桩50根,整个施工过程历时105d。


在MJS加固施工期间,周边管线单日最大位移-1.85mm(警戒值±2mm),累计最大位移-4.83mm(警戒值±10mm);周边建(构)筑物单日最大位移-1.55mm(警戒值±2mm),累计最大位移-3.32mm(警戒值±20mm),均未超过警戒值,整体呈下沉趋势。MJS工法施工对周边环境扰动小,达到预期环境保护要求。


施工结束后,第三方检测公司对加固区进行取芯检测,共抽取3个孔位进行取芯,每个取芯孔抽取9组,共计27组芯样进行抗压强度检测。检测结果表明:27组芯样中抗压强度最低为1.52MPa,最高为1.64MPa,均符合设计要求(高于1.5MPa)。


5 结 语


在结合洞圈内水平探孔无异常,于2019年8月21日〜9月7日凿除洞圈内地下连续墙,静安寺车站C区顶管顺利始发。


通过此次MJS工法倾斜加固技术的成功实施,得出以下结论:


1)根据试桩结果,施工参数优化后的MJS工法倾斜加固可以提高桩体的加固强度,确保大断面顶管洞门混凝土凿除后加固体的稳定性;


2)在受施工场地限制,施工区域上方存在大量管线、构筑物需要保护,常规的垂直加固无法正常进行时,MJS倾斜加固技术可以实现对施工围挡以外(盖挖)区域的加固施工,无需占道,不影响交通;


3)MJS 工法施工斜桩过程中亚格管控各项参数,可以降低其对周边环境及构筑物的影响。此次大范围的倾斜 MJS 加固施工在上海地区尚属首例,为今后在上海地区地铁建设中类似情况下的施工提供一定的借鉴与参考。


来源:《上海隧道》

作者:焦阳

编辑整理:项敏

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