陈用伟，冯 师，柳满军，姚良浩（.杭州市地铁集团有限责任公司，浙江杭州 38000；
.城盾隧安地下工程有限公司，上海 008）
全方位高压喷射工法（Metro Jet System），简称MJS 工法，是高压喷射注浆工法的改进方法，由日本学者Nakashima 等人所提出，与普通高压注浆不同点在于主动排泥和地内压力监测[1]。MJS 工法具有成桩直径大，对周边地层扰动下，污染小等特点[2]，我国于 2008 年由日本引进该工法，广泛应用于桩基加固[3]、盾构工作井基坑加固[4]、隔离桩等工程中。
本文以杭州地铁 3 号线 SG 3-6 标我间隧道为依托工程，介绍了利用成熟高效的 MJS 工法，采用自行改进的新型小型化 MJS 钻机及配套设备，在满足低净空条件下的钻进、移位、人工拆装等施工要求下，开发了一种适用于地铁运营盾构隧道内的特殊的低扰动高压注浆系统，以期为今后类似工程提供参考。
杭州地铁 3 号线武林广场站～西湖文化广场站我间隧道尚目前未运营。隧道所处地层为淤泥质粉质黏土，因左线隧道东侧杭州中心基坑开挖施工导致该段隧道产生较大的差异沉降变形。基坑面积约 2910 m2，开挖深度为6.75～16.95 mm，距离地铁 3 号线左线最近距离约 38.5 m。为保证地铁隧道结构安全，开发了一套基于 MJS 工法的低扰动高压注浆系统对隧道进行了加固整治。加固范围为该我间左线 353～401 环，采用 MJS 工法形成的桩体对隧道进行加固，如图其中隧道所示，底部及两侧 45° 方向布置三根加固体桩，桩顶紧贴隧道外壁，桩径 1.4 m，底部桩长 6 m，两侧桩长 4 m，桩体纵向间距均为 2.4 m。MJS 加固示意图见图 1。
图1 MJS 加固示意图
2.1 MJS 法原理及施工设备
隧道内 MJS 工法加固原理是直接在盾构管片壁后采用高压流体切割地层，同时喷射硬化材料，最终形成具有一定强度的紧贴盾构管片的加固桩体。该工法的核心技术是新型小型化 MJS 钻机在加固过程中的主动排泥和孔内压力监测，这主要依靠的是专用的前端施工装置，该装置含有一个主动排泥口和地内压力传感器。
隧道内MJS法施工设备主要包括专用小型 MJS 钻机、泥浆集中管理装置、高压泵、水泥浆泵、空气压缩机等和其他辅助装置。其中，专用小型 MJS 专用钻机是 MJS 法最核心的施工设备，其高度为 930 mm，能满足在隧道内施工的净空要求，施工钻杆也采用 500 mm 长，90 mm 直径的小型化定制钻杆，相较于普通长 1 500 mm，直径 142 mm 的施工钻杆，更适合在隧道内的狭小空间施工作业。
2.2 隧道内 MJS 施工流程
根据现场情况及已有施工经验，隧道内 MJS 施工流程主要步骤如下：将整套洞内 MJS 施工设备吊装至施工位置，吊运过程中避免造成隧道及设备的损伤；
设备吊运同时根据设计图纸及现场情况，放样孔位位置，并用喷漆及钢钉做好标记。及时对管片进行开孔施工，开孔范围与预埋件尺寸应保持一致，隧道内开孔必须采用二次开孔工艺确保现场安全，开孔施工步骤如图 2 所示；
连接系统电源及数据线，校准钻头和地内压力显示器，确认在钻头无荷载的情况下压力显示器示数为零。对接钻杆和钻头，对接过程，应认真检查密封圈情况，看是否缺失或损坏，并应确保地内压力显示正常；
启动 MJS 系统，动力头 360° 转动，将专用小钻杆钻入防喷内。连接水龙头和钻管，打开削孔水，切割土体转动下钻至设计标高。钻头到达设计标高后，开回流气和回流高压泵，确认排浆正常后，打开排泥阀门，开启高压水泥浆泵和主空压机，确认各项参数正常后，在底部喷浆 ≥2 min 后逐步提升钻杆；
施工时密切监测地内压力，压力不正常时，必须及时调整。当提升钻杆后达到单根钻杆长度后，对钻杆进行拆卸。逐次喷浆、拆卸直到单根旋喷桩施工结束，从防喷装置注浆孔注双液浆对管片孔道进行封堵。待现场稳定，满足设计要求后采用专用的封孔工艺对该施工孔位进行永久封闭，完成该孔位 MJS 施工。隧道内 MJS 施工流程示意图见图 2。
图2 隧道内MJS施工流程图
2.3 隧道内 MJS 法工艺特点
隧道内 MJS 施工采用了独特的小型化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，并通过调整强制排浆量来控制地内压力，使深处排泥和地内压力得到合理控制，由于地内压力的稳定减小了施工中出现的各种变形，大幅度减小了对隧道的影响，而地内压力的降低也进一步保证了成桩直径。其主要的工艺特点如下。
（1）可以实现全方位高压喷射注浆施工，隧道内水平、倾斜、垂直方向等任意角度的施工。
（2）传统高压喷射注浆法仅仅通过气升作用自然排泥，通常会造成孔内压力偏大，容易使地表隆起，MJS 法可通过孔内压力监测和主动排泥进行压力精确管理，可以较稳定地控制孔内压力，对加固隧道的影响很小。
（3）通过地内压力的精准控制，能保证较大的喷浆压力，提高喷嘴处工作效率，确保加固桩径较大，桩身质量较好。
（4）泥浆污染少，有专用的排泥管进行排浆，有利于泥浆集中管理，可保证隧道内施工无污染。
3.1隧道内开孔、封孔工艺
隧道内 MJS 施工是钻穿管片，在紧邻管片外侧土层中进行加固桩体施工，如何选择在隧道管片开孔位置而不损害管片，保证隧道结构安全是隧道内 MJS 施工的关键工序，也是本工法施工过程中最大风险源。参考运营隧道内“微扰动”注浆开孔施工经验，在避开管片主筋的前提下，利用专业开孔设备开孔并及时做好防水渗漏处理，施工过程中应确保开孔位置准确且复核无误，如图 3 所示。
图3 隧道内MJS开孔位置示意
开孔设备为 D 800 喜利得钻孔系统，孔径为 80 mm，孔深 200 mm（预留 150 mm 管片保护层），成孔后清理干净，埋入专用预埋件，并在预埋件与孔口管片间灌入植筋胶。植筋胶采用锚固植筋胶，能稳定牢固将预埋件与管片连接为一个整体，并保持较好的抗渗防水效果。灌入植筋胶24 h 后，待其强度达到要求即可安装防喷闸阀，并通过闸阀和预埋件，采用取芯钻钻穿管片，并及时安装专用防喷装置，确保 MJS 施工过程中浆液不外溢，如图 4 所示。
图4 隧道内 MJS 施工开孔示意图
待 MJS 喷浆完成后，在喷浆孔位填筑微膨胀水泥止水，并灌注环氧树脂二次密封加固。封堵完成后，在确认孔位无涌水风险，及时拆除防喷装置。在预埋件孔口内径填置专用封孔密封板，密封板与预埋件间满焊加固，防止漏水；
焊接完成后，焊接部位打磨处理，保证干净清洁；
在预埋件上设置 20 mm×20 mm 永久方形钢盖板，盖板厚 10 mm。盖板四角钻孔设置膨胀螺栓，确保稳定固定。并螺栓孔位灌注专用植筋胶提高抗拉拔稳定性。永久盖板安装牢固、清理干净后涂刷防火涂料，确保封孔稳定持久，如图 5 所示。
图5 隧道内 MJS 施工封孔示意图
3.2 水泥浆配比
由于施工过程中，前端的 MJS 主机与后端的压力泵距离较远，为保证前端施工时能有稳定的高压水泥浆液，须尽量减小水泥浆液在传送过程中的能量损耗。传统的 MJS 施工时由于前后端距离较近，浆液能量损失较小，通常采用水灰比 1∶1。但在隧道内施工时，该比例浆液在长距离管路中输送时黏稠较大，前端压力下降明显，且施工过程中极易出现堵管现象。为了确定合适的加固浆液配比，进行了不同配比的现场试验，主要考察施工浆液压力损失情况，前端泥浆回浆情况以及试块强度影响情况。如表 1 所示，最后确定水灰比为1∶1.45～1∶1.51。
表1 浆液配比表
3.3 施工参数控制
隧道内 MJS 施工虽然紧邻隧道盾构管片，但由于其可以实时监控地内压力大小及回浆情况，对盾构管片扰动很小且实时可控，为保证成桩半径及成桩质量，注浆压力应按照≥40 MPa 施工，为确保施工过程中泥浆回浆通畅，避免产生回浆不畅导致局部压力过大，经过反复试验总结，确定施工过程中水压力应控制在 10～20 MPa，且回流气压力控制在0.5～0.7 MPa；
施工过程中地内压力的控制，应按照注浆位置深度1.2～1.5 的系数调整，保证与该处土体自重应力相对应，最大程度减少影响范围内土层的应力变化对隧道的扰动。根据现场施工情况以及施工过程中实施反馈来的隧道跟踪监测数据，施工浆液流量应控制在 85～100 L/min，钻杆提升速度保持在 40 min/m 时隧道状态最为稳定。
4.1 成桩效果检验
施工结束后，对成桩体进行l钻孔取芯检验。结果表明成桩完整性很好，加固体强度也满足设计及规范要求，均＞1.2 MPa，成桩质量相较于普通的 MJS 有比较大的提升。
4.2.2 隧道监测数据分析
351～402环施工前、施工后沉降变形如图 6、图 7 所示。
图6 施工前沉降变形
图7 施工后沉降变形
由图 6、图 7 分析可知：施工前，该我域隧道一直未稳定，隧道仍处在持续下沉中。MJS 施工对该我域隧道有一定的抬升作用，351～402 环沉降有所减小。施工结束后一段时间该我域隧道沉降变形基本稳定，隧道沉降得到了控制，达到施工整治预期目标。
本文以杭州地铁 3 号线盾构隧道为依托工程，在 MJS工法基础上对其进行了改进，并提出了施工流程，介绍了该方法施工控制要点。主要得出以下结论：
（1）利用成熟高效的 MJS 工法，采用新型小型化设备，可以直接在隧道内对病害进行永久的加固整治，即能实现对隧道的“微创”处理，又能保证稳定持久的加固效果。
（2）该工法不但能适用于各类土层及深度条件，也不受施工场地限制的影响，相较于其他隧道加固方法有明显的优点，尤其是在运营地铁隧道下卧土层永久治理方面更有其独特的优势。
（3）MJS 施工对隧道有一定的抬升作用，待施工结束后一段时间该我域隧道沉降变形基本稳定，隧道沉降得到了控制，达到施工整治预期目标。
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