MJS工法在城市轨道交通车站施工中的应用.pdf
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1、收稿日期:20230111作者简介:陈树杰(1975),男,1998 年毕业于中国矿业大学矿井建设专业,工程硕士,高级工程师,E-mail:chenshujie 。文章编号:16727479(2023)05014306MJS 工法在城市轨道交通车站施工中的应用陈树杰 易路行(佛山市地铁建设有限公司,广东佛山 528000)摘 要:相较于传统的旋喷工法,MJS 工法较具有施工扰动小、土压力稳定、施工效果可靠等优点,可以进行垂直、倾斜和水平方向施工,在城市轨道交通领域使用广泛。佛山市轨道交通 3 号线桂城站换乘节点施工中,为了解决复杂周边环境下富水砂层加固效果不佳,土建施工容易引起涌水、涌沙,工程
2、自身结构及周边建(构)筑物变形过大等问题,采用 MJS 工法,通过选择合理的桩径,水灰比、水泥浆压力、成桩误差、浆液流量、转速、水泥掺量等,实现了 MJS 高压旋喷桩芯样强度代表值均大于 1.4 MPa,在富水砂层中达到了良好的止水效果。施工期间,周边建(构)筑物累计沉降最大值为3.24 mm,累计水平位移最大值为 1.79 mm,均小于变形控制值,满足周边建(构)筑物的变形控制要求。关键词:城市轨道交通;车站换乘节点;施工富水砂层;MJS 工法中图分类号:U231.4;U455 文献标识码:ADOI:10.19630/ki.tdkc.202301120002开放科学(资源服务)标识码(OSI
3、D):The Application of MJS Method in Transfer Node Engineering of Urban Rail Transit Station in Water-rich Sand LayerCHEN Shujie YI Luxing(Foshan Metro Construction Limited,Foshan 528000,China)Abstract:Compared with the traditional jet grouting method,the MJS method has the advantages of less constru
4、ction disturbance,stable earth pressure and reliable construction effect.The method is widely used in the field of urban rail transit.In order to solve the problems that the transfer node of Guicheng station of Foshan Urban Rail Transit Line 3 was constructed under the geological conditions of compl
5、ex surrounding environment and water-rich sand layer,the stratum reinforcement effect was not expected,and the civil construction cause water gushing and sand gushing easily,the MJS construction method was adopted to solve the problems of excessive deformation of engineering structure and its surrou
6、nding buildings.With reasonable selection and control of water cement ratio,cement slurry pressure,piling error,slurry flow,lifting speed,rotational speed,cement content and other process parameters,All MJS high pressure jet grouting pile core strength representative value were higher than 1.4 MPa,t
7、he pile body was continuous,the cement mixing and the cementation was effective and met the design strength requests,achieved the water stop effect in the rich water sand layer.During the construction period,the maximum accumulative settlement and horizontal displacement of the surrounding buildings
8、 were 3.24 mm and 1.79 mm respectively,which were smaller than the deformation control values,and the structural deformation control effect was good,which met the surrounding building(structure)deformation control requirements.Key words:urban rail transit;station;transfer node;construction;water-ric
9、h sand layer;MJS method341MJS 工法在城市轨道交通车站施工中的应用:陈树杰 易路行引言近年来,随着轨道交通建设规模加大,各地交通线网越来越密集,新旧线路的换乘通道施工越来越普遍。如何确保作业面地层稳定性,减小对地层及既有轨道交通结构的影响,确保结构自身及运营地铁的安全,是地铁车站换乘通道施工面临的普遍难题。MJS 工法(Metro Jet System)最初在日本使用,适合垂直、倾斜、水平等多角度施工,MJS 工法因其独特的多角度技术施工优势,又称为全方位施工法1-2。我国在 21 世纪初引进 MJS 工法,之后逐渐得到推广,大量的实验和模拟证明了 MJS 工法对环
10、境影响小,加固效果好的特点3-4。近年来,在各地轨道交通工程建设中,MJS 工法成功解决了各类对既有建(构)筑物的保护问题,很好地保护了既有建(构)筑物安全和周边环境的稳定5-6。翟志国等在京沈高铁盾构联络通道富水黏土、粉质黏土条件下,采用 MJS 工法取得了良好的成桩和止水效果,提高了土体自稳能力、隔断承压水,减少联络通道地层加固和开挖施工对地面房屋的影响7;韩华轩等利用 MJS 桩倾斜隔离,满足了保护特殊环境的要求8。在城市轨道交通方面,彭宇一等在无锡、长沙等邻近既有线施工中,证明 MJS 工法对提高土体的承载力起到积极作用9-11;徐宝康等以基坑工程为背景,证明 MJS 工法对周边环境扰
11、动小,加固质量可靠,对地铁区间隧道的影响较小,且可保证新老地墙处的止水质量12-14;胡晓虎等通过有限元数值模拟和现场试验证明,MJS 工法施工通过合理地控制压力设定和净注入量,能够减少对周围土体的扰动 15;余立新以某深基坑支护工程为背景,论证了该工法具有工艺简单、造价低、桩型应用面宽、加固地基后沉降量小等特点16;牛自强以徐州新城区彭祖大道上跨既有运营地铁 2 号线为例,证明 MJS 工法和管幕法的综合应用对降低施工扰动影响起到了良好的控制作用17;熊仲明等以某地铁区间在富水砂层地区盾构始发为例,采用适用的地内应力系数与水泥掺量比例,在深富水厚砂砾层情况下,MJS 工法桩成桩质量好、压力可
12、稳定控制、对土体扰动小18;毛祖夏等通过现场MJS 工法和高压旋喷桩试桩试验证明,相较于高压旋喷工法,MJS 工法挤土效应小,土压力控制效果好,土体水平位移小19。以上研究表明,MJS 工法因其在特定条件下对环境影响小,加固效果好等特点,在工程界已得到广泛应用,由于富水砂层的特殊性,该工法的运用并不多见。以下基于实际案例,以期证明 MJS 工法在富水砂层地质条件下的合理运用,可以达到较好的地层加固效果。1 工程概况1.1 车站概况佛山市轨道交通 3 号线桂城站与既有运营广佛线桂城站为 T 形换乘车站(地下三层岛式车站),全长211.4 m,标准段宽 20.9 m,车站基坑开挖深 24.22 2
13、6.72 m。车站标准段采用明挖法施工,与广佛线换乘处采用暗挖法施工,铺盖系统处采用盖挖法施工,围护结构为地下连续墙,车站平面布置见图 1。图 1 桂城站平面位置示意1.2 地质条件车站区域内土层从上至下分别为:素填土 1.88m、粉砂 3.04 m、淤泥 3.27 m、粉细砂 3.79 m、中粗砂2.76 m、粉质黏土 4.10 m、全风化岩 10.77 m、强风化岩 4.23 m、中风化岩 4.21 m。基底主要位于粉质黏土层、强风化层。车站地质纵剖面见图 2。图 2 桂城站地质纵剖面换乘节点的主要地质环境为中粗砂和粉质黏土层,其物理力学参数见表 1。表 1 换乘节点位置主要地层的物理力学
14、参数编号地层密度/(kg/m3)含水量W/%孔隙比 e内摩擦角/()变形模量 E渗透系数/(km/d)3-2中粗砂1.853220125N-2 粉质黏土1.9720.6 0.60422200.13441铁 道 勘 察2023 年第 5 期 该车站地层的地下水水位埋藏变化较小,主要为第四系松散孔隙水,地下水位普遍较浅,实测砂层静止水位埋深为 1.50 4.30 m,基岩静止水位埋深为2.103.00 m。整个场地砂层在场地中普遍分布较为均匀,颗粒组成均匀,属中等-强透水层。1.3 周边环境佛山市轨道交通 3 号线桂城站位置处于两条主干道交叉口,交通量大,车站东北侧为南海区电信局,西北侧为沃尔玛超
15、市,西南侧和西北侧均为越秀地产高层建筑,南侧为越秀地下商业通道。另外,车站施工范围内埋有供水管、雨水管、电力管、通信管、燃气管。施工影响范围内既有建(构)筑物、管线众多,环境复杂,施工场地用地紧张。1.4 工程难点佛山市轨道交通 3 号线桂城站位置处于交通繁忙地段,周边环境复杂,且在进行广佛线车站施工时,预留的换乘节点结构有缺陷。该工程基坑在既有运营线两侧开挖,必须要确保既有运营车站及区间结构不受影响,同时不能对周边道路及建筑造成影响,主要施工难点如下。(1)广佛线施工该车站地连墙存在鼓包,原地连墙未预留工字钢等接口,故需要施工的地连墙无法与原广佛线地连墙无法完全贴合,导致基坑在新旧地连墙交接
16、处存在涌水、涌沙风险,其平面位置示意见图 3。图 3 既有广佛线施工该车站地连墙鼓包位置示意(2)广佛线车站设计方案预留了换乘节点结构,但在当时施工换乘节点主体结构时,南北两侧连续墙突发涌水、涌沙事故,导致施工单位无法继续施工结构。为控制工程风险,换乘节点主体结构中南北侧墙未施工,且部分东西侧墙及南北侧墙靠西侧的 4 根壁柱也未施做。故需要在既有运营线两侧基坑开挖后,对换乘节点结构进行重新施工,安全风险极大。(3)从地质条件来看,本项目所处环境含水率高、孔隙比大、压缩性高,容易引发基坑失稳。根据抽水试验结 果,测 得 基 坑 范 围 的 涌 水 量 为 1 290.31 2 032.68 m3
17、/d,涌水量大,且周边环境复杂,深基坑开挖存在较大风险。(4)既有运营地铁车站及区间的变形控制要求高,在施工过程中需要保证邻近的隧道结构水平位移小于 5 mm,隧道结构竖向位移小于 10 mm。相较于钻孔注浆、双管旋喷桩施工方案,MJS 工法具有深度大,桩径大,对周围环境影响小的特点,施工工期相对较短,能够有效解决本工程难点问题。2 施工方案比选为保证该工程能够安全实施,解决新旧地连墙交接处无法贴合等问题,结合周边环境及地质条件风险,对钻孔注浆施工、双管旋喷桩施工、MJS 工法施工 3 种方案进行比选。2.1 钻孔注浆施工方案在新旧地连墙交接处以及换乘节点南北两侧,采用袖阀管注浆工艺进行地基加
18、固。在新施工换乘站砼结构与原桂城站“十”字交连处,每个“十”字交连夹角布孔 8 个,共布 3 排,布孔示意见图 4。图 4 钻孔注浆分孔平面示意(单位:mm)钻孔注浆施工工艺流程:施工准备钻机就位钻机成孔浆液搅拌压力注浆注浆封孔钻机移位。该方案共需 48 个钻孔,施工工期相对较长,对地层可以起到一定的改良作用,但是由于地层主要为富水砂层,注浆范围和效果难以保证。2.2 双管旋喷桩施工方案在新旧地连墙交接处,采用 4 根双管旋喷桩进行止水,旋喷桩与地连墙咬合 200 mm。双管旋喷桩施工工艺流程:施工准备钻机就位钻机成孔插管试喷喷射注浆冲洗注浆管钻机移位。该方案共需 20 根旋喷桩,单根桩径较小
19、,施工工期相对较长,且该方案在基坑深度较小时能够保证较好的止水效果,但在深度较深处较难保证成桩质量和止水效果。541MJS 工法在城市轨道交通车站施工中的应用:陈树杰 易路行2.3 MJS 工法施工方案基坑开挖前,在新旧地连墙交接处的 4 个角部三角形区域采用 MJS 高压旋喷桩施工进行止水。MJS 旋喷桩位置分布见图 5。图 5 MJS 旋喷桩平面分布示意(单位:mm)MJS 工法施工工艺流程:施工准备引孔钻机就位引孔钻进引孔垂直度控制MJS 喷射钻机下方钻杆MJS 喷射旋喷提升钻机移位。该方案共需 12 根 MJS 工法桩,桩径 2 m,工期相对较短,且在深度较深处仍具有较好的成桩效果。2
20、.4 小结根据以上 3 种方案对比,MJS 工法施工方案具有良好的施工性能,且对周围环境影响小,施工工期相对较短,适用于本工程。3 施工技术重难点及应对措施由于施工场地紧邻既有运营广佛线,对隧道变形及管线沉降控制要求高,MJS 工法桩施工过程中必须严格控制压力,并在施工前对既有地铁隧道布置自动化监测。若数据超过报警值,现场立即加密监测且停止施工,组织专家研判风险,根据专家意见调整施工参数。另外,MJS 工法旋喷桩施工排泥量大,1 台设备排浆量约 10 m3/h(厚浆),现场需配备相应的泥浆处理设备和预留充足容量的泥浆池。为保证富水砂层条件下MJS 工法桩止水效果,在每处新旧地连墙交接处施工 3
21、 根 MJS 桩,桩径 2 m,桩长27.02 m,桩间咬合 0.7 m,施工主要技术参数见表 2。表 2 MJS 高压旋喷桩技术参数序号项目参数序号项目参数1桩径2 000 mm9削孔水压力1030 MPa2水灰比1 110成桩误差1/1003水泥浆压力40 MPa11旋摆提升25 mm/1 min 3604浆液流量90 L/min12步距行程25 mm5主空气压力 0.71.05 MPa13步距提升30 s6主空气流量 12 Nm3/min14转速34 r/min7倒吸水压力020 MPa15地内压力1.31.6 MPa8倒吸水流量060 L/min16水泥掺量40%由表 2 可知,单桩引
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