关于MJS工法加固对既有原水管保护技术措施浅谈

关于MJS工法加固对既有原水管保护技术措施浅谈

郭晓远

上海建科工程咨询有限公司

【摘要】上海浦东大道地下东西通道源深路路口处（桩号K2＋850）地下存在一条南北走向的原水管与通道平面以112°相交，原水管直径Φ3000，材质为钢管，接头为内、外两侧焊接，埋深较浅管顶标高-6.50m。由于本原水管主要承担上海市市北地区及部分浦东地区的供水重任，是市民的重要生命线，不容许发生任何破裂；要求基坑开挖土方作业时必须对原水管进行严密保护，且保护要求极高。

本工程最大的特点在于通水中的大口径原水管上方进行大面积的深基坑土方开挖施工活动，且东西通道底板结构底标高与原水管净距约2.8m。

【关键词】地下通道MJS工法原水管保护工程监测

【正文】

1、项目概况

1.1工程概况

本工程为东西通道浦东段拓建工程某标段，全长1420m，现状地面标高+4.00m，施工范围内源深路路口南北向存在一根原水管，直径3000mm、埋深较浅管顶标高-6.50m，呈南北走向；该区段通道底标高-3.70m，原地面标高+3.90，挖深7.70m。结构底标高与原水管净距约2.8m，基坑开挖过程中必须对原水管进行保护，且保护要求极高。

由于传统高压旋喷加固工艺施工过程中对周边土体扰动较大容易导致原水管发生破裂。通过设计方案优化，原水管保护采用MJS工法加固。MJS工法是一种能进行水平地基加固和360°全方位地基加固的施工工法，对于周边环境及地基扰动影响积极微小，能实施大深度地基加固施工。

图1原水管与东西通道结构位置关系剖面图

1.2项目设计概况

1.MJS工法布桩情况：

（1）本工程在水管正上方设置2排MJS工法桩，加固范围为0.19m～-5.5m；坑外加固范围为+4m～-5.5m；

（2）在水管两侧各设置4排MJS工法桩，坑内加固范围为-0.19m～-15.3m；坑外加固范围+4m～-15.3m；

（3）坑内水管两侧盾构施工区域加固范围为-0.19～-22.251m；坑外水管两侧盾构施工区域加固范围为+4m～-22.251m。

本工程的MJS工法布置形式对原水管形成了一个门式加固断面形式。

图2MJS工法加固对原水管保护纵剖面示意图

2.MJS工法设计要求

（1）MJS工法采用P.O42.5级普通硅酸盐水泥，水泥掺量40％，水灰比1.0。

（2）MJS工法桩垂直度偏差不大于1/100，桩位偏差不大于50mm。

（3）设计要求水泥土28天无侧限抗压强度不小于1.5MPa。

（4）喷浆压力≥40MPa，喷浆流量90～130L/min，气压0.7MPa，地内压力控制1.0～1.8的系数（视地质情况适当进行调节和控制）；

（5）成桩过程中钻杆的旋转和提升时，禁止断浆；如因故停浆，应在恢复喷浆时将钻杆下放0.5m以免出现桩体不连续。

2、本工程MJS工法施工难点

2.1周边环境复杂，道路交通繁忙，两侧建筑物林立，各类地下管线密集排布；因此施工过程中需要严格控制地内压力，以免对原水管及周边环境造成影响。

1、MJS工法喷浆过程对周边环境的影响，主要原因为孔内置换土浆液无法及时排出，造成挤压周边土体，因此喷浆过程中要确保倒吸泥浆管道的通畅；施工过程中，严格控制地内压力，排泥不畅应立即停止喷浆，排除堵塞后方可继续喷浆作业。

2、MJS工法施工过程中，采用跳孔施工措施，避免连续性施工时对局部区域过大集中应力，采取隔一跳三施工方法，并根据现场实际施工情况进行调整。

2、2MJS施工特别是原水管上部加固及紧邻原水管两侧加固施工，施工测量定位非常重要，防止引孔穿透原水管。

MJS工法施工前，对原水管位置进行精确定位，水管走向、轮廓做出准确标记；现场实际标高进行准确测量，根据桩底标高确定桩长；施工前，召集项目各参建单位及原水管权属单位对管线保护召开交底会；引孔时，遇异常情况，立即停止查找原因；引孔快接近桩底标高时，采用动力头无动力自然下放，遇障碍物将自动停止引孔。

2、3MJS工法加固施工过程中，原水管施工监测内容要求高

根据各类相关规范和工程设计方案在MJS工法施工过程中对原水管变形的预测和计算，本次原水管监测工程主要监测项目如下：

1、原水管线垂直、水平位移监测；

2、土体深层位移监测（土体测斜）；

3、土体分层沉降变形监测；

4、坑外地下水位监测。

图3原水管监测布点平面示意图

3、MJS工法施工工艺原理及控制要点

3.1施工原理

MJS工法（MetroJetSystem），即全方位高压喷射工法。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；通过调整强制排浆量控制地内压力，能有效控制由于喷射搅拌而产生的地表变形，大幅度减小对周边环境的影响。

1引孔2下放导管3喷浆4形成桩体5完成清洗

图4MJS工法工艺流程图

3.2施工工艺流程

图5MJS施工工艺流程

3.3施工工艺控制

1、主要设计参数

MJS工法桩施工过程中通过控制设计基本参数来控制钻杆提升速度和地内压力，保证每根桩的成桩质量。主要施工设计参数见下表

表1MJS工法桩设计参数

2、钻杆提升速度控制

钻杆提升速度可通过表1中设计参数计算得出，严格控制钻杆提升速度保证每根桩成桩质量，详细计算如下：

①每根桩每米方量V=3.14*1m*1m2=3.14m3

②每米水泥用量M=3.14m3*40%*1.8*103kg/m3=2260kg=2.26t

③水灰比1:1，泥浆比重1.51，每米浆液体积V浆=（2.26+2.26）t/1.51(t/m3)=2.99m3≈3m3=3000L

④每米喷浆时间T=V浆/浆液流量=3000L/90(L/min)=33min

通过上述计算得出钻杆提升速度按照33min/m来控制可有效控制每根桩的桩身质量。

3、地内压力控制

MJS工法桩施工过程中通过MJS主机的地内压力传感器感应至主机地内压力监视器上来观察控制地内压力，有效地控制成桩质量，同时减小施工时对原水管和周边环境的扰动。

图6地内压力传感器及地内压力监视器

4、原水管保护措施

4.1MJS施工控制措施

1、原水管引孔垂直度控制

引孔时在开挖好的沟槽上方横铺钢板，保证平整度。移动MJS主机至设计孔位后，使套管对准孔位中心。钻机就位后，对其进行调平、对中，先作水平校正，使钻杆轴线垂直对准钻孔中心位置，保证钻孔垂直度满足设计要求。

2、原水管正上方的桩底标高控制

引孔时根据下放套管数量进行桩底标高的控制，每根套管3m。下钻时则根据钻杆数量进行计算，控制桩底标高，每根钻杆1.5m，钻头1.5m。

3、原水管紧贴两侧施工时控制

施工中加强现场监督管理，严格控制提升速度、浆液切削压力、水灰比、旋转速度、地内压力等关键技术参数；严格控制钻杆倾斜度，保证垂直度；MJS喷浆下钻完成后喷浆前，为确保下部成桩直径，桩底上部100cm范围内先采用20MPa清水进行喷射，再切换成水泥浆液进行喷射注浆。

4、MJS工法施工时地内压力控制

（1）地内压力异常增大，排浆不畅或不排浆：排泥管发生堵塞，先用清水进行喷射，提升速度减半，待排泥正常后，再进行浆液喷射。如果无法解决，应拆除钻杆进行清洗，清洗完成重新下钻时，下放500mm开始喷浆。

（2）地内压力正常，但地面冒浆：地内压力设定值偏大、主空气流量过大或排泥管堵塞等原因，需要通过分析监测数据适当调整地内压力设定值，检查主空气流量计是否准确，并适当的减小空气流量。

（3）排泥管只排水不出浆：地内压力小土层间隙大，泥浆无法返出至排泥口，此时应停止提升并低压喷射直到正常排浆。

（4）喷射压力突然下降：可能是管路有泄漏情况，应及时检查各部位密封情况。

（5）喷射压力突然增大：可能是喷嘴堵塞的原因，应及时拔出钻杆疏通喷嘴。

4.2MJS施工监测

1、垂直、水平位移监测点布设

原水管线监测布点采用直接点、模拟点相结合。由于原水管线的重要性，所以本次监测原水管线布点尽量采用直接点。

2、土体深层位移监测孔（土体测斜）布设

土体测斜孔在原水管线两侧布设。土体测斜孔的孔深约15m。用30型钻机进行成孔，在孔内放入带十字导向槽的PVC测斜管，测斜管直径须采用70mm。测斜管安装期问应向管内灌满清水，以防止其浮出钻孔及预防管内堵塞，当测斜管到位后，需对孔内空隙进行密实回填，保证孔内密实，确保量测结果的准确性。间隔至少3天后，在开挖前进行(3次)初始读数的测读。

图7土体测斜孔埋设示意图

3、土体分层沉降监测孔布设

监测孔使用钻机进行成孔，成孔同时在地面上将分层沉降磁环按要求的间隔分别安装在沉降管上，分层沉降磁环的钢爪用纸绳子绑扎好，成孔完成后放入孔内，然后采用孔内空隙进行回填，绑扎于钢爪上的纸绳子经孔内水一定时问浸泡后自然断开，钢爪弹开插入原状土中，此后磁环随周边土体一起沉降，测量磁环与孔口距离的变化就得出相应深度土体之沉降。回填完成后做上孔口保护窨井。开挖施工前进行初始读数的测读工作，初读数取三次测读平均值，孔深15m。

图8分层沉降管埋设示意图

4、坑外水位监测孔布设

水位孔一般用小型钻机成孔，孔径略大干水位管的直径，孔径过小会导致下管困难，孔径过大会使观测产生一定的滞后效应。成孔至设计标高后，放入裹有滤网的水位管，管壁与孔壁之间用净砂回填过滤头，再用粘土进行封填，以防地表水流入。

5、监测频率及报警值

（1）监测频率详见下表

（2）监测报警值

6、监测成果

（1）原水管垂直、水平位移监测每天的日变量均在允许变化范围内，最大累计变化量为2.12mm在允许偏差范围内。。

（2）土体深层位移监测每天的日变量均在允许变化范围内，最大累计变化量为-6.38mm在允许偏差范围内。

（3）土体分层沉降监测每天的日变量均在允许变化范围内，最大累计变化量为5mm在允许偏差范围内。。

（4）坑外水位监测每天的日变量均在允许变化范围内，最大累计变化量为3.57mm在允许偏差范围内。。

根据上述的监测成果反映出MJS工法加固施工过程中原水管监测值变化均在可控范围内。

5、结语

本工程在施工前编制专项施工方案并通过专家评审，并编制专项应急预案。施工过程中通过对MJS工法各项措施的严格控制，尤其是对钻杆提升速度控制和地内压力的控制，从而有效地保证MJS工法加固的成桩质量。在MJS工法施工的同时对原水管进行高频率施工及第三方监测，分析每天的各项监测数据，将原水管监测位移的日变化量及最大累计变化量控制在有效可控范围内。

通过以上多项原水管保护措施能够有效的在东西通道土方开挖和结构施工过程中减少对原水管的影响，做到对原水管安全及时有效的保护。