杜樂樂

（濟南軌道交通集團建設(shè)投資有限公司，山東 濟南 250014）

1 工程概況

梁王站位于規(guī)劃舜城大街與規(guī)劃檀公西路交叉口，沿規(guī)劃舜城大街東西向布置。梁王站為11m島式站臺地下兩層車站，明挖法施工，長度344m，標準段寬20.9m，結(jié)構(gòu)底板埋深17.28～19.81m?；颖Ｗo等級一級。

地質(zhì)情況：梁王站頂板覆土約2.4～4.1m，該站地層自上而下依次揭露為：人工填土層、粉質(zhì)黏土、卵石、含碎石粉質(zhì)黏土、碎石層，以殘積土為主，局部揭露粉土、膠結(jié)礫巖。

水文情況：水位埋深6.60～8.10m，該車站區(qū)域沿線地下水類型為第四系松散層孔隙水及灰?guī)r巖溶水。該區(qū)域第四系孔隙水含水層水量豐富，第四系含水層以碎石、卵石、含碎石粉質(zhì)黏土等為主，裂隙發(fā)育的粉質(zhì)黏土、粉土具有一定的滲透性，地下水主要受大氣降水補給和下部巖溶承壓水頂托補給，第四系孔隙水具承壓特性[1]。車站北側(cè)為濟青高鐵和石濟客運專線，車站距離濟南白泉僅2公里，圍繞如何保證基坑開挖過程中，坑外水位穩(wěn)定減小周邊地表沉降，保證泉脈不受基坑開挖降水影響進行研究。

2 工程技術(shù)難點

項目采用的MJS工法（MetroJetSystem）又稱全方位高壓噴射工法，在濟南地鐵的建設(shè)史上尚屬首次。該工法在傳統(tǒng)高壓噴射注漿工法的基礎(chǔ)上，采用了鉆桿內(nèi)部增設(shè)中央排泥孔及鉆頭部位集成的地內(nèi)壓力監(jiān)測，當高壓噴射過程中地內(nèi)壓力增加時，可以通過鉆桿內(nèi)的排泥孔實現(xiàn)強制排泥，從而降低了地內(nèi)壓力的聚集，減少高壓噴射施工對周邊環(huán)境的影響。與傳統(tǒng)的高壓旋噴樁相比，MJS工法樁在成樁直徑、成樁深度以及環(huán)境友好性方面都有較大優(yōu)勢。經(jīng)調(diào)查，MJS工法有以下技術(shù)難點，施工過程中需研究克服。

第一，用電需求大。根據(jù)市場調(diào)查及相關(guān)標準可知，施工MJS一套設(shè)備用電總量約432kW。第二，MJS施工工效低。MJS主機從接桿、下桿、噴漿、提桿平均約8h，遇超深施工可能發(fā)生斷桿、埋桿問題。第三，MJS實樁長度短、空樁較長、質(zhì)量控制難度大。該項目MJS工法樁為基坑底部全方位注漿加固封底，標準加固長度為3m，高低跨銜接處加固長度分別為6m、6.5m、10.5m，空樁長度31.4～41.885m，塌孔風(fēng)險大，封底加固質(zhì)量難以保證。第四，膠結(jié)礫巖自身強度高，施工效率及質(zhì)量控制難度大。該項目基地大面積存在膠結(jié)礫巖、含碎石粉質(zhì)黏土、碎石層等，根據(jù)現(xiàn)場地連墻施工數(shù)據(jù)采集實測，最大強度高達70MPa，MJS額定注漿壓力40MPa，難以穿透該地層。同時，MJS引孔機遇到該地質(zhì)成孔效率低，單臺設(shè)備平均12h成孔1根，對鉆頭磨損程度較大。此外，該工法樁注漿過程中部分水泥漿會滲透至孔周邊地層、污染地下水源，在一定程度上降低降水施工效果，同時，返漿量控制難度大，消耗材料多，成本高[2]。第五，基坑水系發(fā)達。濟南境內(nèi)泉水眾多，擁有趵突泉、黑虎泉、珍珠泉、五龍?zhí)丁倜}泉等“七十二名泉”，被稱為“泉城”，地下水四通八達互相連通，一旦某個點降水，必將影響泉脈。濟南也被稱為全球最難建設(shè)地鐵的城市之一。該車站涉及白泉泉域，根據(jù)以往研究成果，西邊界為東塢斷裂，斷裂以西為濟南泉域，屬于白泉泉域的排泄區(qū)。該處受新構(gòu)造運動及高承壓水頭、長期的水位波動，以及長期由南向北的徑流環(huán)境作用下，場地各黏性土層中存在豎向?qū)严叮ば酝翆又泻?，局部夾角礫，導(dǎo)致該區(qū)域黏性土具有一定透水性。該區(qū)域灰?guī)r埋深一般在60～80m，石灰?guī)r地層之上普遍分布較厚的碎石土含水層，該層溝通巖溶水，形成強承壓水頭，通過黏性土的孔隙和豎向裂隙向上補給第四系孔隙水。白泉泉群的形成條件就是高承壓巖溶水透過較厚的第四系土層出露地表。第六，臨近既有鐵路線。根據(jù)鐵路部門要求，鐵路沿線200m內(nèi)不允許進行基坑降水作業(yè)，該車站北側(cè)緊鄰濟青高鐵和石濟客專橋梁，無法進行基坑降水作業(yè)。因此，采用坑內(nèi)疏干井結(jié)合回灌施工確保基坑工程正常進行。

3 MJS工藝優(yōu)勢

MJS工法與傳統(tǒng)高壓噴射注漿工藝比較優(yōu)勢明顯。

第一，采用了獨特的多孔管和前端造成裝置，實現(xiàn)了孔內(nèi)強制排漿和地內(nèi)壓力監(jiān)測，設(shè)置了排泥管及排泥口，實現(xiàn)了強制排漿，通過調(diào)整強制排漿量來控制地內(nèi)壓力，使深處排泥和地內(nèi)壓力得到合理控制，保證地內(nèi)壓力穩(wěn)定。第二，降低了在施工中出現(xiàn)地表變形的可能性，大幅度減少了對周邊環(huán)境的影響。第三，地內(nèi)壓力的平衡穩(wěn)定進一步保證了成樁直徑和對噴漿量的控制。第四，較傳統(tǒng)高壓旋噴樁工藝，實現(xiàn)了水平、斜向、垂直方向的地基加固施工，特別是水平方向的加固能力是其他工法無法比擬的。

4 MJS工藝流程

MJS工法主要包含2個單元4個分工序，其一，地質(zhì)鉆機引孔作業(yè)；其二，MJS主機全自動旋噴作業(yè)。

4.1 引孔

采用地質(zhì)鉆機進行先導(dǎo)成孔作業(yè)，成孔直徑約200mm，一般引孔應(yīng)超過成樁深度1m，采用泥漿護壁避免塌孔。

4.2 主機就位

現(xiàn)場主機型號為MJS-65CVH，最大施工深度在50～60m，理論最大成孔直徑4200mm（實際施工中能達到直徑3000mm），噴射角度5～360°，主機上主要包含2個儀表盤：一是可調(diào)參數(shù)設(shè)定，包括角度、提升步距及速度、水泥漿壓力、倒吸水壓力、空氣壓力。二是地內(nèi)壓力監(jiān)控設(shè)備，用于監(jiān)控地下壓力。

4.3 前端造成裝置及噴漿

正式噴漿前先清水掃噴，確保噴嘴達到指定深度，噴漿壓力為額定40MPa，水流壓力為5～20MPa，空氣壓力0.5～0.8MPa，提升速度25mm/min（1m/40min）。

4.4 后臺設(shè)備及漿液制備

噴漿采用純水泥漿，配合比由現(xiàn)場試驗確定，由后臺攪拌后通過灌漿泵輸送至主機進行噴漿作業(yè)。

5 施工組織要點

第一，MJS施工需要一定場地，設(shè)置后配套設(shè)施，后臺輻射半徑最大100m。第二，單套設(shè)備正常工效為3根/d，需24小時連續(xù)作業(yè)。第三，設(shè)備耗電量較大，單套設(shè)備需300～400kW。第四，施工班組盡量選用熟悉工程所在地地質(zhì)情況的鉆機班組。第五，場地需設(shè)置循環(huán)漿池及廢漿池，電纜及輸漿管線較多，對文明施工要求較高，需配置專職文明施工人員，場地硬化后更利于組織施工，提高工效。第六，水泥需求量較大，需確保供貨充足方便。

6 MJS現(xiàn)場質(zhì)量控制要點

6.1 漿液制備

第一，噴射注漿不得使用過期和受潮結(jié)塊的水泥制備漿液。第二，水灰比1∶1，期間檢查泥漿比重。第三，在日平均溫度低于5℃或最低溫度低于-3℃的條件下施工時，噴射注漿應(yīng)采取防凍措施。

6.2 成孔施工

第一，噴射注漿垂直成孔時，宜采用鉆機進行預(yù)成孔，孔徑宜為160～350mm，孔位偏差1/150。第二，在易塌孔的土層成孔時，應(yīng)采用外套管或泥漿護壁措施（設(shè)備功率應(yīng)滿足地質(zhì)要求，滿足噴漿效率）。

6.3 噴射施工

第一，下放鉆桿完成后，應(yīng)檢查下桿深度，并應(yīng)按專項施工方案設(shè)定噴射角度、步進間隔時間、步進距離等參數(shù)，步進距離宜為25mm。第二，噴射注漿前，應(yīng)校核旋轉(zhuǎn)夾管和噴嘴方向，依次開啟回流氣、回流水，打開排漿閥門測試排漿壓力，并開啟同軸壓縮空氣和高壓噴射流。第三，噴射注漿完成后應(yīng)在原孔位回灌漿液。第四，噴射注漿宜間隔施工，間隔距離宜為水泥土增強體有效直徑的2～3倍。第五，相鄰水泥土增強體的噴射注漿施工間隔時間不宜小于24h。

6.4 地內(nèi)壓力控制

地內(nèi)壓力控制系數(shù)為1.1～1.6，噴射注漿時，應(yīng)對地內(nèi)壓力進行實時監(jiān)測，并滿足地內(nèi)壓力控制值的要求。當施工中發(fā)現(xiàn)地面隆起等異常情況時，應(yīng)降低地內(nèi)壓力控制系數(shù)。

7 現(xiàn)場應(yīng)用效果驗證

封底范圍土層為16-1粉質(zhì)黏土，C＝29，按《MJS高壓噴射注漿施工技術(shù)規(guī)范》（征求意見稿），有效成樁直徑暫按2200mm、鉆孔間距按照1800mm×1650mm布置，搭接寬度為400mm。

7.1 現(xiàn)場實施情況及后續(xù)驗證方法。

為檢測封底效果，先進行MJS試驗段的施工，試驗段共布置326根，試樁通過取芯驗證咬合和成樁效果，對該范圍進行MJS加固后，通過施工降水井驗證封底效果。試驗段共設(shè)置8口降水井，間距為10m，井與井之間設(shè)置觀測井（共計10口）。

7.2 取芯驗證情況

通過取芯驗證成樁效果，集中取芯方法包括以下三種：第一種，通過取距離樁中心不同距離驗證成樁直徑及咬合效果。第二種，取單樁距離樁中心相同距離驗證單樁成樁效果。第三種，取不同時期施工的樁，驗證樁間咬合情況，相鄰樁間隔時間48h以上。

7.3 降水試驗對比

同時進行第一倉及第三倉降水試驗。第一倉基坑采用MJS封底加固后，第三倉未采用加固措施，兩倉基坑面積、地質(zhì)情況、降水時間相同，通過對比降水試驗數(shù)據(jù)進行分析，MJS工法封底加固后明顯出水量變小。

7.3.1 出水量情況

第一倉及第三倉在基坑面積相同、地質(zhì)情況相同的情況下，第一倉基坑內(nèi)出水量遠小于第三倉基坑內(nèi)出水量，說明第三倉明顯受到坑外水量補給；第一倉的MJS封底加固隔水效果明顯；第三倉水位無法降至基坑底部。

7.3.2 坑內(nèi)觀測井水位降深情況

第一倉及第三倉在降水試驗時間相同的情況下，按目前的降水試驗方案，第一倉能有效將水位降至基坑底部1m，第三倉降水效果不理想，無法將基坑水位降至基坑底部。

7.3.3坑內(nèi)觀測井水位恢復(fù)情況

水位恢復(fù)階段，第一倉及第三倉在水位恢復(fù)試驗時間相同的情況下，第一倉水位恢復(fù)的速率及恢復(fù)率遠小于第三倉，說明第一倉水位恢復(fù)慢，恢復(fù)至原水位需要時間長；第三倉水位恢復(fù)快，恢復(fù)至原水位需要時間短，能很快恢復(fù)至原水位。群井試驗中第三倉48小時恢復(fù)至原始水位。

7.3.4 坑外觀測井水位變化情況

降水試驗期間，第一倉坑內(nèi)試驗對坑外水位變化無明顯關(guān)系，第三倉坑內(nèi)試驗對坑外水位變化有直接影響，坑內(nèi)外存在明顯水力聯(lián)系。

8 取得成果

8.1 施工進度方面

MJS施工工藝較傳統(tǒng)高壓旋噴加固大大提高了施工效率、縮短了施工工期（約46天），采用分倉劃分區(qū)域施工有效地保證了施工工期。施工設(shè)備占地較小，主要依靠后配套設(shè)備，能同時多臺設(shè)備進行施工，高峰期梁王站有10臺設(shè)備同時施工。

8.2 施工質(zhì)量方面

MJS工法在梁王站順利施工完成，驗證了MJS工法首次在濟南地區(qū)的粉質(zhì)黏土層中是可行的。從取芯情況來看，該工法在粉質(zhì)黏土層中加固效果較好，能形成完整加固體，并能很好地咬合形成整體的封底加固層，施工過程中也總結(jié)出了適用于濟南地區(qū)粉質(zhì)黏土層MJS工法的施工參數(shù)。

8.3 創(chuàng)新成果

通過研究MJS工法樁深成垂直加固工藝，確保了地下垂直43.5m深基坑底部單樁直徑2.2m的加固質(zhì)量，成功突破了8158m2深基坑大面積全覆蓋基底封底隔水的技術(shù)，實現(xiàn)了減小深基坑降水對保泉線的微擾動的技術(shù)瓶頸，填補了深基坑大面積MJS與地連墻的結(jié)合封底保泉的技術(shù)空白，實現(xiàn)了深基坑降水回灌對泉水的保護，確保了深基坑地鐵建設(shè)的安全可靠。在封底隔水帷幕的安全保證下，減少基坑內(nèi)降水井數(shù)量、同時減少回灌，極大地促進了泉城“保泉”重大任務(wù)的落實，減少水資源浪費，并取得了良好的質(zhì)量效果和安全保障，達到了預(yù)期的“三個零”目標，實現(xiàn)了深基坑降水對保泉線的“0”擾動，實現(xiàn)了封底加固“0”污染，實現(xiàn)了臨近運營高鐵線橋梁深基坑開挖“0”擾動。

8.4 社會效益

泉城大面積深基坑MJS封底隔水的成功實施，為臨近鐵路運營線、周邊復(fù)雜環(huán)境的深基坑結(jié)構(gòu)開挖降水施工提供了前提與保障。針對不同地質(zhì)、不同深度、不同水力情況、不同環(huán)境的情況，逐一研究攻克各項技術(shù)難題。同時，為了積極響應(yīng)濟南市政府“保泉節(jié)水”的號召，通過該工法的研究與創(chuàng)新，一方面保證了濟南白泉泉域生態(tài)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，減少了水資源的流失，另一方面通過回灌系統(tǒng)的凈化與沉淀，確保了回灌至地下的水源滿足濟南市地下水質(zhì)的各項技術(shù)指標要求。

9 結(jié)語

MJS封底及降水回灌對于保泉線的微擾動及保護技術(shù)在濟南地鐵6號線梁王站的成功應(yīng)用，證明了濟南地區(qū)在泉域富水區(qū)域、臨近鐵路線的深基坑開挖及降水施工中深基坑大面積運用MJS封底隔水是可行的，既能保證基坑開挖安全，又能達到“保泉節(jié)水”的目的，還不影響臨近高鐵營業(yè)線的行車安全，在類似工況的地鐵施工中，尤其是在“保泉優(yōu)先”的濟南泉域地鐵施工中，有較高的推廣價值。