邻近地铁结构MJS工法加固土体的应用探讨

陈楚泉

（广州轨道交通建设监理有限公司 广东 广州 51000）

摘要：随着城市轨道交通的不断发展，城市建设工程与地铁交通的联系越来越紧密，MJS（Metro Jet System）工法自2008年引入中国后，在邻近地铁结构的工程建设中不断得到推广与应用。

关键词：地铁保护；土体加固；挤土效应；MJS工法

1、MJS工法

MJS工法(Metro Jet System)又称全方位高压喷射工法，能够进行水平、倾斜、垂直各方向、任意角度的施工，是基于高压旋喷桩改进的新型工艺，不仅具备传统高压旋喷桩切割土体、加固土体的功能，并且可通过地内压力的监测以及孔内强制排浆措施控制地内压力，起到控制超静孔隙水压力的目的，进而减少对周边环境的影响。

MJS工法前端采用专用工具管进行土体切削搅拌，后端连接多孔管，多孔管中间设有泥浆抽取通道，在倒吸水和倒吸空气适配器的作用下，能将地下的废泥浆强制抽出。专用工具管上装有地内压力感应器和排泥阀门，通过调整排泥阀门的开启大小，稳定地内压力在安全范围。

1.1 MJS工法工艺

MJS 施工成套设备包括：成孔系统、注浆系统、强制排浆系统、监测管理系统和动力系统。成孔系统：MJS喷射注浆机本身一般不具有钻孔能力，因此注浆前需采用回转钻机成孔。成孔系统设备主要有：回转钻机、泥浆泵、钻孔测斜仪等。注浆系统：包括水泥筒仓、自动拌浆机、高压注浆泵、MJS 专用喷射注浆机、空气压缩机等。强制排浆系统：多孔管、强制吸浆装置、高压清水泵、泥浆运输车等。监测管理设备：流量计、土压计、压力表等。动力设备：电动机、输配电设备等

1.2 MJS工法施工步骤

施工放样：根据设计图纸进行现场放样，准确测量放出注浆孔位置，桩位偏差不大于 50mm。钻孔：工程钻机引孔，成钻过程须按设计角度钻进。

注浆机就位并放入多孔管：引孔完成后，注浆机就位；钻头和地内压力监测显示器连接，确认在钻头无荷载的情况下清零。连接多孔管，并逐根放入孔内，直至设计底标高。对接时，认真检查密封圈情况，看是否缺失或损坏，压力是否显示正常。

检查各施工参数：喷头到达预定深度后，先开回流气和回流高压泵，确认排浆正常时，开启高压水泥泵并逐步增压，直到达到指定压力，在达到指定压力并确认地内压力正常后，才可开始提升。

分段提升注浆管，直至设计桩顶标高。当提升一根注浆管高度后，对注浆管进行拆卸，注意拆管过程中需把水泥浆切换成水后方可拆卸，同时须认真检查密封圈和数据线的情况，确认是否完好，地内压力显示是否正常，如有问题及时排除。拆卸后，需及时对注浆管进行冲洗及保养，避免残留浆液凝结在管内。

管路清洗：施工结束后，立即用清水冲洗注浆管路及注浆泵，防止管路堵塞。考虑到土体压力的合理释放，为提高施工效率，MJS工法桩宜采用跳桩法施工。

2、MJS工法施工的优势

MJS工法可以进行水平、倾斜、垂直各方向、任意角度施工等，能够灵活适应不同施工条件、作业环境以及大部分地层。

MJS工法通过射流作用强制性破坏原地层结构，只要是高压射流能破坏的土层皆可施工。尤其是对于隧道顶部和底部的加固，它能够在较小的空间里对土体进行加固，对施工场地要求不高。

MJS工法造成的加固体直径可达到3m，这是因为钻头上的特殊喷嘴装置周围有一个环状的空气喷射环。当喷射水泥浆时，压缩空气也同时喷射，在液体喷射流的周围就形成了空气保护膜。这种喷射方法用在土体或液体介质中喷射时，可减少喷射压力的衰减，使之尽可能接近在空气中喷射时的压力衰减率，从而扩大喷射半径。

MJS工法具有量测和调控地内压力系统，调节地内压力就是通过调节排泥口大小从而调节排出废泥浆的流量来控制。泥浆排出是由于倒吸水流的作用，使排泥口的内部与外部形成压力差，外面的泥浆被强制吸入，水流具有向上的动力，推动泥浆排出。当施工深度超过 5 米时，钻杆中间需配备倒吸空气适配器，倒吸空气适配器能够产生强大动力，帮助泥浆顺利排出。

3、MJS工法在邻近地铁结构的应用

牛自强通过研究MJS工法与管幕法结合处理上跨运营地铁基坑，表明MJS桩能够有效地改善土体的刚度，提高地体抗变形能力，与管幕相结合的复合工法在保护隧道结构安全，减小施工对其的扰动方面，起到良好效果。该复合工法对控制施工扰动变形、保护隧道结构抗裂和抗渗起到积极作用。

南京地铁7号线在出雨润路站约57m后须上跨既有运营地铁2号线(油坊桥站至雨润大街站区间)。上跨段盾构与既有2号线隧道结构顶竖向净距约为1.5m，采用MJS工法桩对7号线与2号线相交段隧道进行洞外微扰动加固，加固深度为2号线拱顶上1.5m至仰拱下3.0m。监测数据显示，MJS法成桩过程仍会引起桩体附近盾构隧道结构产生一定程度的上浮和水平位移，而对隧道结构收敛变形影响不明显，对地铁结构安全的影响都在可控范围。

长沙湘府路（湘江大道-浏阳河西岸）快速化改造项目上跨轨道交通1号线隧广州道使用MJS垂直桩对土体预加固，基坑开挖采用跳糟分段的方式，MJS桩与隧道结构平均净距约为2.5m，通过对MJS施工过程中隧道变形情况的监测、桩体质量的检测以及后续基坑开挖过程中隧道位移情况的监测，证明MJS垂直桩加固+板凳桩的施工方式对地铁隧道的抗浮是有效的。

杭州地铁5号线滨康路站至青年路站区间盾构隧道近距离（最小垂直净距为3.258m）下穿既有地铁1号线隧道。既有1号线隧道结构主要位于淤泥质粉质粘土地层，通过采用MJS桩对1号线隧道周边土预加固，监测数据表明MJS桩施工过程对既有隧道扰动较小且通过优化MJS施工顺序可有效限制对既有隧道的扰动影响，采取了MJS预加固保护措施后，既有隧道在盾构下穿过程中变形可控。

4、MJS施工中遇到的重、难点及解决措施

（1）周边环境保护。部分项目紧邻运营中地铁既有结构，地铁保护要求严格，施工难度大，周边环境保护要求高。施工过程中必须严格控制机械地内压力与原地内土体压力保持平衡，减少对周边土层或结构物的影响。

（2）施工进行中，需加密监测周边建筑物监测点；依据监测数据进行MJS施工，通过数据实时调整MJS设备压力和施工节奏。

（3）排泥量大。MJS设备桩机的单台工作排泥量可达10 m3/h，必须对泥浆的排放进行控制。现场配备每小时能处理15m3泥浆以上的泥浆处理设备或做好泥浆转运，同时预留100m3左右的泥浆池。

（4）排泥吸口容易被较大的土块堵塞，有时由于泥浆密度较大也容易造成吸泥口堵塞，造成排泥不畅，影响施工质量和施工进度。针对这种情况，通过设备改进，在钻头吸泥口位置设计高压喷水口。通过高压水的作用稀释周围泥浆密度，使排泥达到最佳效果，低密度泥浆也可通过桩孔周围溢流。

（5）MJS的钻杆往往是针对不同的工程定制而成，施工成本较高，而且在施工的过程中地内压力没有控制到位会导致爆杆现象的出现。不仅使得成本进一步增加，而且在关键时候延误工期。

5、小结

随着城市化的蓬勃发展及城市轨道线网的完善，邻近地铁结构的土地开发强度越来越大，上跨下穿既有结构的工程也逐渐增多，而既有地铁结构一般为运营中的地铁隧道，若隧道周边工程施工采用方法不当或者没有采用足够的预防措施，很可能会造成既有地铁隧道的损伤，因此，需对新建工程采取适当的施工措施，减少对地铁结构的影响。地铁保护区工程活动，特别是邻近地铁结构工程，在前期设计阶段需地地铁结构现状、周边地质情况、相对位置关系和施工工法等内容进行调研，对拟采取的设计方案对地铁结构的影响进行安全评估，根据评估结果调整或优化设计方案、并制定地铁保护专项方案。

为确保既有隧道结构安全和正常运营，可依据工程情况，采用旋喷桩、小导管注浆等工艺对隧道周边地层进行预加固，提高既有地铁隧道结构搞变形能力。传统高压旋喷桩施工导致的孔隙水压力形成的挤土效应对周边地铁隧道产生一定的影响，而MJS工法施工过程控制合理，隧道的受力变形和竖向位移均在安全可控范围内，避免影响地铁既有结构以及地铁的正常运行，是邻近地铁隧道土体加固的有效手段，适合在有严格地铁保护要求的外部作业中推广。