陳樹杰 易路行

(佛山市地鐵建設(shè)有限公司,廣東佛山 528000)

引言

近年來,隨著軌道交通建設(shè)規(guī)模加大,各地交通線網(wǎng)越來越密集,新舊線路的換乘通道施工越來越普遍。如何確保作業(yè)面地層穩(wěn)定性,減小對(duì)地層及既有軌道交通結(jié)構(gòu)的影響,確保結(jié)構(gòu)自身及運(yùn)營地鐵的安全,是地鐵車站換乘通道施工面臨的普遍難題。

MJS 工法(Metro Jet System)最初在日本使用,適合垂直、傾斜、水平等多角度施工,MJS 工法因其獨(dú)特的多角度技術(shù)施工優(yōu)勢,又稱為全方位施工法[1-2]。我國在21 世紀(jì)初引進(jìn)MJS 工法,之后逐漸得到推廣,大量的實(shí)驗(yàn)和模擬證明了MJS 工法對(duì)環(huán)境影響小,加固效果好的特點(diǎn)[3-4]。 近年來,在各地軌道交通工程建設(shè)中,MJS 工法成功解決了各類對(duì)既有建(構(gòu))筑物的保護(hù)問題,很好地保護(hù)了既有建(構(gòu))筑物安全和周邊環(huán)境的穩(wěn)定[5-6]。 翟志國等在京沈高鐵盾構(gòu)聯(lián)絡(luò)通道富水黏土、粉質(zhì)黏土條件下,采用MJS 工法取得了良好的成樁和止水效果,提高了土體自穩(wěn)能力、隔斷承壓水,減少聯(lián)絡(luò)通道地層加固和開挖施工對(duì)地面房屋的影響[7];韓華軒等利用MJS 樁傾斜隔離,滿足了保護(hù)特殊環(huán)境的要求[8]。 在城市軌道交通方面,彭宇一等在無錫、長沙等鄰近既有線施工中,證明MJS 工法對(duì)提高土體的承載力起到積極作用[9-11];徐寶康等以基坑工程為背景,證明MJS 工法對(duì)周邊環(huán)境擾動(dòng)小,加固質(zhì)量可靠,對(duì)地鐵區(qū)間隧道的影響較小,且可保證新老地墻處的止水質(zhì)量[12-14];胡曉虎等通過有限元數(shù)值模擬和現(xiàn)場試驗(yàn)證明,MJS 工法施工通過合理地控制壓力設(shè)定和凈注入量,能夠減少對(duì)周圍土體的擾動(dòng)[15];余立新以某深基坑支護(hù)工程為背景,論證了該工法具有工藝簡單、造價(jià)低、樁型應(yīng)用面寬、加固地基后沉降量小等特點(diǎn)[16];牛自強(qiáng)以徐州新城區(qū)彭祖大道上跨既有運(yùn)營地鐵2 號(hào)線為例,證明MJS 工法和管幕法的綜合應(yīng)用對(duì)降低施工擾動(dòng)影響起到了良好的控制作用[17];熊仲明等以某地鐵區(qū)間在富水砂層地區(qū)盾構(gòu)始發(fā)為例,采用適用的地內(nèi)應(yīng)力系數(shù)與水泥摻量比例,在深富水厚砂礫層情況下,MJS 工法樁成樁質(zhì)量好、壓力可穩(wěn)定控制、對(duì)土體擾動(dòng)小[18];毛祖夏等通過現(xiàn)場MJS 工法和高壓旋噴樁試樁試驗(yàn)證明,相較于高壓旋噴工法,MJS 工法擠土效應(yīng)小,土壓力控制效果好,土體水平位移小[19]。 以上研究表明,MJS 工法因其在特定條件下對(duì)環(huán)境影響小,加固效果好等特點(diǎn),在工程界已得到廣泛應(yīng)用,由于富水砂層的特殊性,該工法的運(yùn)用并不多見。 以下基于實(shí)際案例,以期證明MJS 工法在富水砂層地質(zhì)條件下的合理運(yùn)用,可以達(dá)到較好的地層加固效果。

1 工程概況

1.1 車站概況

佛山市軌道交通3 號(hào)線桂城站與既有運(yùn)營廣佛線桂城站為T 形換乘車站(地下三層島式車站),全長211.4 m,標(biāo)準(zhǔn)段寬20.9 m,車站基坑開挖深24.22 ～26.72 m。 車站標(biāo)準(zhǔn)段采用明挖法施工,與廣佛線換乘處采用暗挖法施工,鋪蓋系統(tǒng)處采用蓋挖法施工,圍護(hù)結(jié)構(gòu)為地下連續(xù)墻,車站平面布置見圖1。

圖1 桂城站平面位置示意

1.2 地質(zhì)條件

車站區(qū)域內(nèi)土層從上至下分別為:素填土1.88 m、粉砂3.04 m、淤泥3.27 m、粉細(xì)砂3.79 m、中粗砂2.76 m、粉質(zhì)黏土4.10 m、全風(fēng)化巖10.77 m、強(qiáng)風(fēng)化巖4.23 m、中風(fēng)化巖4.21 m。 基底主要位于粉質(zhì)黏土層、強(qiáng)風(fēng)化層。 車站地質(zhì)縱剖面見圖2。

圖2 桂城站地質(zhì)縱剖面

換乘節(jié)點(diǎn)的主要地質(zhì)環(huán)境為中粗砂和粉質(zhì)黏土層,其物理力學(xué)參數(shù)見表1。

表1 換乘節(jié)點(diǎn)位置主要地層的物理力學(xué)參數(shù)

該車站地層的地下水水位埋藏變化較小,主要為第四系松散孔隙水,地下水位普遍較淺,實(shí)測砂層靜止水位埋深為1.50 ～4.30 m,基巖靜止水位埋深為2.10～3.00 m。 整個(gè)場地砂層在場地中普遍分布較為均勻,顆粒組成均勻,屬中等-強(qiáng)透水層。

1.3 周邊環(huán)境

佛山市軌道交通3 號(hào)線桂城站位置處于兩條主干道交叉口,交通量大,車站東北側(cè)為南海區(qū)電信局,西北側(cè)為沃爾瑪超市,西南側(cè)和西北側(cè)均為越秀地產(chǎn)高層建筑,南側(cè)為越秀地下商業(yè)通道。 另外,車站施工范圍內(nèi)埋有供水管、雨水管、電力管、通信管、燃?xì)夤堋?施工影響范圍內(nèi)既有建(構(gòu))筑物、管線眾多,環(huán)境復(fù)雜,施工場地用地緊張。

1.4 工程難點(diǎn)

佛山市軌道交通3 號(hào)線桂城站位置處于交通繁忙地段,周邊環(huán)境復(fù)雜,且在進(jìn)行廣佛線車站施工時(shí),預(yù)留的換乘節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)有缺陷。 該工程基坑在既有運(yùn)營線兩側(cè)開挖,必須要確保既有運(yùn)營車站及區(qū)間結(jié)構(gòu)不受影響,同時(shí)不能對(duì)周邊道路及建筑造成影響,主要施工難點(diǎn)如下。

(1)廣佛線施工該車站地連墻存在鼓包,原地連墻未預(yù)留工字鋼等接口,故需要施工的地連墻無法與原廣佛線地連墻無法完全貼合,導(dǎo)致基坑在新舊地連墻交接處存在涌水、涌沙風(fēng)險(xiǎn),其平面位置示意見圖3。

圖3 既有廣佛線施工該車站地連墻鼓包位置示意

(2)廣佛線車站設(shè)計(jì)方案預(yù)留了換乘節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu),但在當(dāng)時(shí)施工換乘節(jié)點(diǎn)主體結(jié)構(gòu)時(shí),南北兩側(cè)連續(xù)墻突發(fā)涌水、涌沙事故,導(dǎo)致施工單位無法繼續(xù)施工結(jié)構(gòu)。 為控制工程風(fēng)險(xiǎn),換乘節(jié)點(diǎn)主體結(jié)構(gòu)中南北側(cè)墻未施工,且部分東西側(cè)墻及南北側(cè)墻靠西側(cè)的4 根壁柱也未施做。 故需要在既有運(yùn)營線兩側(cè)基坑開挖后,對(duì)換乘節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新施工,安全風(fēng)險(xiǎn)極大。

(3)從地質(zhì)條件來看,本項(xiàng)目所處環(huán)境含水率高、孔隙比大、壓縮性高,容易引發(fā)基坑失穩(wěn)。 根據(jù)抽水試驗(yàn)結(jié)果, 測得基坑范圍的涌水量為1 290.31 ～2 032.68 m3/d,涌水量大,且周邊環(huán)境復(fù)雜,深基坑開挖存在較大風(fēng)險(xiǎn)。

(4)既有運(yùn)營地鐵車站及區(qū)間的變形控制要求高,在施工過程中需要保證鄰近的隧道結(jié)構(gòu)水平位移小于5 mm,隧道結(jié)構(gòu)豎向位移小于10 mm。

相較于鉆孔注漿、雙管旋噴樁施工方案,MJS 工法具有深度大,樁徑大,對(duì)周圍環(huán)境影響小的特點(diǎn),施工工期相對(duì)較短,能夠有效解決本工程難點(diǎn)問題。

2 施工方案比選

為保證該工程能夠安全實(shí)施,解決新舊地連墻交接處無法貼合等問題,結(jié)合周邊環(huán)境及地質(zhì)條件風(fēng)險(xiǎn),對(duì)鉆孔注漿施工、雙管旋噴樁施工、MJS 工法施工3 種方案進(jìn)行比選。

2.1 鉆孔注漿施工方案

在新舊地連墻交接處以及換乘節(jié)點(diǎn)南北兩側(cè),采用袖閥管注漿工藝進(jìn)行地基加固。 在新施工換乘站砼結(jié)構(gòu)與原桂城站“十”字交連處,每個(gè)“十”字交連夾角布孔8 個(gè),共布3 排,布孔示意見圖4。

圖4 鉆孔注漿分孔平面示意(單位:mm)

鉆孔注漿施工工藝流程:施工準(zhǔn)備→鉆機(jī)就位→鉆機(jī)成孔→漿液攪拌→壓力注漿→注漿封孔→鉆機(jī)移位。

該方案共需48 個(gè)鉆孔,施工工期相對(duì)較長,對(duì)地層可以起到一定的改良作用,但是由于地層主要為富水砂層,注漿范圍和效果難以保證。

2.2 雙管旋噴樁施工方案

在新舊地連墻交接處,采用4 根雙管旋噴樁進(jìn)行止水,旋噴樁與地連墻咬合200 mm。

雙管旋噴樁施工工藝流程:施工準(zhǔn)備→鉆機(jī)就位→鉆機(jī)成孔→插管試噴→噴射注漿→沖洗注漿管→鉆機(jī)移位。

該方案共需20 根旋噴樁,單根樁徑較小,施工工期相對(duì)較長,且該方案在基坑深度較小時(shí)能夠保證較好的止水效果,但在深度較深處較難保證成樁質(zhì)量和止水效果。

2.3 MJS 工法施工方案

基坑開挖前,在新舊地連墻交接處的4 個(gè)角部三角形區(qū)域采用MJS 高壓旋噴樁施工進(jìn)行止水。 MJS 旋噴樁位置分布見圖5。

MJS 工法施工工藝流程:施工準(zhǔn)備→引孔鉆機(jī)就位→引孔鉆進(jìn)→引孔垂直度控制→MJS 噴射鉆機(jī)下方鉆桿→MJS 噴射→旋噴提升→鉆機(jī)移位。

該方案共需12 根MJS 工法樁,樁徑2 m,工期相對(duì)較短,且在深度較深處仍具有較好的成樁效果。

2.4 小結(jié)

根據(jù)以上3 種方案對(duì)比,MJS 工法施工方案具有良好的施工性能,且對(duì)周圍環(huán)境影響小,施工工期相對(duì)較短,適用于本工程。

3 施工技術(shù)重難點(diǎn)及應(yīng)對(duì)措施

由于施工場地緊鄰既有運(yùn)營廣佛線,對(duì)隧道變形及管線沉降控制要求高,MJS 工法樁施工過程中必須嚴(yán)格控制壓力,并在施工前對(duì)既有地鐵隧道布置自動(dòng)化監(jiān)測。 若數(shù)據(jù)超過報(bào)警值,現(xiàn)場立即加密監(jiān)測且停止施工,組織專家研判風(fēng)險(xiǎn),根據(jù)專家意見調(diào)整施工參數(shù)。 另外,MJS 工法旋噴樁施工排泥量大,1 臺(tái)設(shè)備排漿量約10 m3/h(厚漿),現(xiàn)場需配備相應(yīng)的泥漿處理設(shè)備和預(yù)留充足容量的泥漿池。

為保證富水砂層條件下MJS 工法樁止水效果,在每處新舊地連墻交接處施工3 根MJS 樁,樁徑2 m,樁長27.02 m,樁間咬合0.7 m,施工主要技術(shù)參數(shù)見表2。

表2 MJS 高壓旋噴樁技術(shù)參數(shù)

由表2 可知,單樁引孔需16 h,噴漿需22 h。 根據(jù)取芯效果及現(xiàn)場實(shí)樣,各個(gè)標(biāo)高層段水泥含量充分且較均勻;同時(shí),隨土質(zhì)的變化,在滲透性較好的土層中,早期固結(jié)效果明顯。

在現(xiàn)場通過控制注漿壓力、注水壓力、空氣壓力、倒吸水壓力、空氣壓力、漿液比重、步距等數(shù)據(jù),試樁效果得到了預(yù)想效果,與地連墻咬合滿足樁間咬合尺寸,固結(jié)效果明顯。

對(duì)成樁質(zhì)量進(jìn)行抽檢,檢測樁號(hào)、樁位均由現(xiàn)場監(jiān)理確定,樁芯試驗(yàn)檢測結(jié)果如下。

(1)MJS-1 號(hào)MJS 高壓旋噴樁

①深度0.00 ～27.20 m 為樁身水泥土結(jié)石,芯樣灰色,呈短柱狀,局部塊狀,水泥攪拌較好,膠結(jié)較好,固結(jié)程度較好,呈堅(jiān)硬狀。

②在深度4.80 ～5.10 m、11.40 ～11.70 m 和25.50～25.80 m 各取代表性水泥土芯樣,測得試件無側(cè)限抗壓強(qiáng)度平均值分別為2.3,3.0,2.8 MPa。

(2)MJS-4 號(hào)MJS 高壓旋噴樁

①深度0.00 ～27.20 m 為樁身水泥土結(jié)石,芯樣灰色,呈短柱狀,局部塊狀,水泥攪拌較好,膠結(jié)較好,固結(jié)程度較好,呈堅(jiān)硬狀。

②在深度5.10 ～5.40 m、16.00 ～16.30 m 和26.70～27.00 m 各取代表性水泥土芯樣,測得試件無側(cè)限抗壓強(qiáng)度平均值分別為2.1,1.8,2.4 MPa。

(3)MJS-9 號(hào)MJS 高壓旋噴樁

①深度0.00 ～27.20 m 為樁身水泥土結(jié)石,芯樣灰色,呈短柱狀,局部塊狀,水泥攪拌較好,膠結(jié)較好,固結(jié)程度較好,呈堅(jiān)硬狀。

②在深度2.70 ～3.00 m、12.60 ～12.90 m 和25.20～25.50 m 各取代表性水泥土芯樣,測得試件無側(cè)限抗壓強(qiáng)度平均值分別為2.5,2.0,2.1 MPa。

(4)MJS-12 號(hào)MJS 高壓旋噴樁

①深度0.00 ～27.20 m 為樁身水泥土結(jié)石,芯樣灰色,呈短柱狀,局部塊狀,水泥攪拌較好,膠結(jié)較好,固結(jié)程度較好,呈堅(jiān)硬狀。

②在深度2.40 ～2.70 m、14.20 ～14.50 m 和26.40～26.70 m 各取代表性水泥土芯樣,測得試件無側(cè)限抗壓強(qiáng)度平均值分別為1.4,1.9,1.5 MPa。

綜上,4 根MJS 高壓旋噴樁檢測樁長與施工記錄樁長相符。 樁身連續(xù),水泥攪拌較好,膠結(jié)較好,芯樣連續(xù),完整性較好,呈短柱狀,局部塊狀,芯樣12 ～26 d齡期抗壓強(qiáng)度均滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求。

4 既有線地鐵結(jié)構(gòu)變形控制情況

佛山市軌道交通3 號(hào)線桂城站下穿既有廣佛線,施工過程中將會(huì)對(duì)既有廣佛線隧道結(jié)構(gòu)、軌道、桂城車站主體結(jié)構(gòu)及附屬結(jié)構(gòu)造成一定的影響。 根據(jù)GB55018—2021《工程測量通用規(guī)范》及其他相關(guān)規(guī)范要求[20],結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況,采用自動(dòng)化監(jiān)測系統(tǒng)對(duì)既有廣佛線受施工影響的地鐵隧道結(jié)構(gòu)進(jìn)行監(jiān)測,共各設(shè)置17 個(gè)監(jiān)測斷面,施工影響區(qū)域全覆蓋。 依據(jù)佛山市城市軌道交通3 基坑施工階段調(diào)整監(jiān)測頻率,制定預(yù)警處置流程。

施工期間,隧道結(jié)構(gòu)水平位移累計(jì)值介于-1.79 ～+1.79 mm 之間;隧道結(jié)構(gòu)沉降累計(jì)值介于-3.09 ～+3.24 mm 之間;隧道結(jié)構(gòu)收斂累計(jì)值介于-1.96 ～+1.85 mm 之間,各典型監(jiān)測點(diǎn)累計(jì)變形情況見圖7～圖8。 由圖6～圖8 可知,施工期間各項(xiàng)監(jiān)測數(shù)據(jù)累計(jì)變化量均未超出設(shè)計(jì)報(bào)警值,控制效果達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期。

圖6 隧道結(jié)構(gòu)水平位移累計(jì)值統(tǒng)計(jì)

圖7 隧道結(jié)構(gòu)沉降累計(jì)值統(tǒng)計(jì)

圖8 隧道結(jié)構(gòu)收斂累計(jì)值統(tǒng)計(jì)

5 結(jié)論

(1)根據(jù)佛山市軌道交通3 號(hào)線桂城站換乘節(jié)點(diǎn)的施工經(jīng)驗(yàn),建議在類似地層可參照以下主要施工參數(shù)進(jìn)行控制:樁徑可選擇2 m,水灰比為1 ∶1,水泥漿壓力為40 MPa,成樁誤差≤1/100,漿液流量為90 L/min,提升速度為25 mm/1min,轉(zhuǎn)速為3 ～4 rpm,水泥摻量為40%。

(2)根據(jù)現(xiàn)場取芯結(jié)果,MJS 工法樁各個(gè)標(biāo)高層段水泥含量充分且較均勻,在滲透性較好的土層中,早期固結(jié)效果明顯,MJS 高壓旋噴樁芯樣強(qiáng)度代表值均大于1.4 MPa。

(3)新舊地連墻交接處使用MJS 工法樁進(jìn)行止水加固,截止施工完成,既有地鐵隧道自動(dòng)化監(jiān)測結(jié)果顯示,累計(jì)沉降值最大為3.24 mm,累計(jì)水平位移最大值為1.79 mm,均小于變形控制值,結(jié)構(gòu)變形控制效果良好。