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MJS工法桩加固施工对运营隧道的影响研究

MJS-RJP 2024年2月28日 项敏 154

摘 要

摘要:随着国内主要城市轨道交通的大规模建设,建成线路越来越多,运营里程成倍增加,地铁的安全运营对一个城市的重要性不言而喻。近年来,市政隧道上跨、下穿运营轨道交通的工程日益增多。上方基坑开挖卸载会使下方的盾构隧道产生形变,为抑制这种变形,软土地区采用MJS工法桩基底及门式加固的工程越来越多。利用徕卡TM50/60测量机器人及地铁自动化监测系统(GeoMos-CN),实时监测下方运营隧道的变形数据,研究加固施工引起既有盾构隧道的变形特性尤显重要。本文结合杭州某软土地区上跨地铁基坑工程的实测数据,分析MJS工法桩加固施工过程中不同工况下既有运营盾构隧道的道床沉降、水平位移、管片收敛的变形特性,总结隧道变形规律,以便及时发现安全隐患,进而有效地保障人民群众的生命财产安全,为后续同类工程实践提供参考借鉴。

 

关键词:MJS工法桩;运营隧道;上方基坑;粉砂土地层;加固;自动化监测;隧道变形


0 引  言


近年来,地铁建设高速发展,城市地铁建设不可避免地进入繁华地区,周边环境越来越复杂,地铁周边的建设工程越来越多。为了控制周边基坑开挖卸土引起的地铁隧道变形,需要对地铁隧道地层进行加固,其中MJS工法(全方位高压喷射技术)得到了越来越广泛的应用。其施工的喷射流初始压力达40 MPa,喷射流能量大,作用时间长,成桩直径大(可达3m左右)。地内压力的稳定减小了施工中出现的各种变形,减小对周边管线及建(构)筑物的影响。


MJS工法引入我国十多年来,很多学者开展了大量的工程应用研究。赵香山等采用数值模拟方法对比MJS工法桩与传统喷射桩对周围环境的影响,结果表明MJS工法施工对周围土体的扰动和位移影响均较小。徐志恒以紧邻地铁周边基坑围护结构采用MJSRJP工法加固为工程背景,发现采用新型MJS工法施工工艺对周边环境影响范围小,加固土体质量强度高且有效可靠,对既有地铁隧道的位移及受力影响在可控范围内。张文博等认为富水地层紧贴下穿工程中采用的水平MJS工法(全方位高压喷射工法)加固技术,可有效提高土体自稳能力,隔断承压水,减少对既有车站结构的影响。王岩结合模型试验与Midas有限元软件对近距离盾构下穿既有运营地铁隧道的变形进行研究,得出MJS加固可以有效提升软流塑土体的物理性质,加强其承载力。邵耀锋等采用有限元分析地铁隧道与出入口之间连接通道施工对拱顶和地表变形的影响,研究结果表明,加固宽度对隧道拱顶和地表变形影响较大,但当加固宽度超过一定值后,对减小拱顶和地表沉降的效果不明显。


近些年来,杭州软土地区涉及地铁保护区施工的项目越来越多地采用MJS工法桩进行加固或止水。本文结合杭州某上跨地铁基坑工程,根据MJS工法加固施工引起盾构隧道的变形数据,总结道床沉降、水平位移、管片收敛的变形规律。


1 MJS加固设计概况


某市政过江隧道基坑宽度47.9 m,深度9.6~9.8 m,在YK0+700附近与已建杭州地铁1号线正交。地铁1号线顶标高-9.821 m,位于拟建隧道工程下方约5.2 m。地铁1号线云水站—下沙江滨站区间隧道于2015年11月开通运营,地铁隧道在节点处管片埋深约15.6 m,管片采用深埋配筋型式。


盾构隧道上方基坑围护桩采用直径800 mm间距1 000 mm的钻孔灌注桩(地铁正上方采用双排桩),止水帷幕为Φ2 400@1 800MJS旋喷桩。


盾构隧道旁侧基坑采用Φ800@1 000钻孔灌注桩结合Φ2 400@1 800MJS旋喷桩止水帷幕及800 mm地下连续墙结合三重管高压旋喷桩止水。坑底高压旋喷桩裙边及抽条加固,加固深度为基底以下4 m。


基坑基底满堂加固,加固桩底标高为-7.7 m,地铁隧道上方围护桩/加固体底标高距离地铁隧道顶竖向净距约2.06 m/1.76 m。


地铁1号线盾构隧道两侧采用门式体加固,加固深度基坑底至-21.2 m,加固方式Φ2 400@1 800MJS旋喷桩半圆加固。


加固范围内土层主要为②4砂质粉土、③5粉砂、③7砂质粉土夹淤泥质粉质黏土、⑥2淤泥质粉质黏土夹粉土。其中盾构隧道处于③5粉砂、③7砂质粉土夹淤泥质粉质黏土。


Φ2 400@1 800MJS工法旋喷桩平面布置图见图1,加固剖面图见图2。总桩数1 362根。距离地铁5 m范围内共547根,其中桩底标高到-21.2 m的门式加固桩218根,基底满堂加固329根;距离地铁5 m范围外共815根,其中桩底标高到-21.2 m的门式加固桩166根,基底满堂加固649根。

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MJS加固技术要求如下,MJS工法工艺示意图如图3所示:

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(1)采用42.5级普通硅酸盐水泥,水泥掺量不宜小于40%。

(2)水泥浆压力宜为40 MPa,浆液流量宜为160~180 L/min,空气压力为0.70~1.05 MPa,空气流量为1.0~2.0,钻孔转速宜为3 r/min,提升速度约为2.5 cm/s。

(3)桩身垂直度偏差不大于1/200,桩位偏差不大于50 mm。

(4)施工期间必须根据监测结果实时调整注浆压力,确保对周边环境影响尽量降低。

(5)应采取隔孔分序方式施工加固体。

(6)MJS加固体的28 d龄期无侧限抗压强度不应小于1.0 MPa(40%水泥掺量)。


2 自动化监测系统设计


1号线地铁保护监测的总里程范围为:K40+099~K40+269.4,共计170.4m。实际布设上行线797~940环(172m)、下行线801~941环(168m),基坑开挖范围正投影区域(上行线846~891环、下行线847~892环)每3环布设1个监测断面,两端外扩40环区域每10环布设一个监测断面。地铁1号线自动化监测项目包括:道床沉降(CJ),水平位移(WY),管片收敛(SL)。监测断面命名形式上、下行线以字母代号“S(上行线)”、“X(下行线)”来区分,再加该区间断面编号及管片环号。例如:下行线第6个监测断面位于地铁844环,编号即为“XDM6(844)”,“XDM6(844)”道床沉降代号“XCJ06”、水平位移代号“XWY06”、管片收敛代号“XSL06”。上、下行线各采用徕卡TM50测量机器人主站1台(全断面)+辅站1台(加密断面)自动化监测系统。地铁保护监测点平面图见图4。

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3 MJS工法桩施工简况


本工程施工场地狭小,施工总桩数多达1 362根,工期紧,施工风险大,高峰期现场投入5台套MJS设备。具体施工节点见表1。


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4 实测数据分析 


(1)道床沉降

以下行线道床沉降为例,典型断面的道床沉降时程曲线见图5,累计量沿环号(里程)分布曲线见图6。道床沉降的变化特征主要有:

a)从时程曲线上的变化规律来看,施工正常情况下,随着上方满堂基底加固及隧道两侧半圆摆喷的门式加固MJS工法桩的施工,地铁隧道的道床沉降呈明显下沉趋势,最大下沉量达7.3mm,超过预评估单位给定的控制值;

b)单根桩施工的影响范围一般在5倍桩径(10环)范围内,施工采取隔3打1的跳打方式是可行的;

c)从环号(里程)分布曲线看,满堂加固MJS工法桩对道床沉降的最终影响范围主要在施工投影区域的正下方,外扩区域沉降明显收敛。


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(2)水平位移

以下行线水平位移为例,典型断面的水平位移时程曲线见图7,累计量沿环号(里程)分布曲线见图8。水平位移的变化特征主要有:

a)隧道上方的MJS工法桩基底加固施工对隧道的水平位移影响很小;

b)隧道两侧半圆摆喷的门式加固MJS工法桩的施工,会对隧道水平位移有一定的影响,有往施工影响源的方向略微偏移的趋势。

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(3)管片收敛

以下行线管片收敛为例,典型断面的管片收敛时程曲线见图9,累计量沿环号(里程)分布曲线见图10。突变时管片收敛的变化特征主要有:

a)从时程曲线上的变化规律来看,施工正常情况下,随着上方满堂基底加固及隧道两侧半圆摆喷的门式加固MJS工法桩的施工,地铁隧道的管片收敛呈明显扩径趋势,最大外扩量达7.7 mm,超过预评估单位给定的控制值;

b)从环号(里程)分布曲线看,满堂加固MJS工法桩对收敛的最终影响范围主要在施工投影区域的正下方,外扩区域明显收敛。


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5 结  论 


上跨运营隧道基坑开挖采用MJS工法桩对盾构隧道上方及周边土体进行大面积加固处理,能有效减小后期基坑开挖对隧道的影响。但是加固体施工过程中,同时也会对隧道周边土体产生扰动,导致隧道周围的应力场发生改变,引起运营盾构隧道的变形:


(1)对于软土地层,上方近距离(3m以内)大面积MJS工法桩基底满堂加固会对下方运营隧道的道床沉降及管片收敛影响相对较大,对隧道的水平位移影响相对较小。隧道道床沉降呈现缓慢下沉趋势,管片收敛呈扩径趋势,主要影响隧道范围在加固施工投影正对区域。


(2)单桩施工的影响范围一般在5倍桩径(10环),大面积满堂加固的群桩效应明显,应严格控制施工速度,控制跳桩施工顺序及间隔时间,以降低对运营地铁隧道的影响。


(3)合理设定加密监测频率,加强施工跟自动化监测数据的联动,以便发现变形趋势并及时采取措施。


来源:《地基基础》
作者:徐敏

整理:项敏

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