一 引言

近年來，城市交通壓力不斷增大，城市軌道交通建設(shè)成為解決城市交通壓力的重要手段。隨著軌道交通規(guī)模的不斷增大，帶來了許多具有挑戰(zhàn)性的工程難題。

目前很多換乘車站都是在已有的車站基礎(chǔ)上進(jìn)行改建，或通過旁通道將不同線路的車站進(jìn)行聯(lián)通。在這些軌道交通工程的建設(shè)過程中，基坑的開挖如何保證對已有建筑的擾動最小，如何確保臨近地鐵線路的正常運(yùn)營成為了目前工程界面臨的一個普遍的難題。

日本在傳統(tǒng)旋噴工藝基礎(chǔ)上，通過加入了多孔管排泥裝置，克服了傳統(tǒng)旋噴工藝壓力過大，對周圍環(huán)境影響較大的缺點(diǎn)，形成了新型的MJS(MetroJetSystem)工法。目前，MJS工法在日本應(yīng)用相當(dāng)廣泛，已經(jīng)能夠進(jìn)行水平、傾斜、垂直和超大深度的地基加固和進(jìn)行圍護(hù)工程施工。MJS工法在2008年引進(jìn)國內(nèi)，在上海進(jìn)行了幾次實(shí)驗(yàn)性的運(yùn)用，并且取得了良好的效果。在上海某輕軌車站換乘通道基坑工程中，MJS工法的運(yùn)用成功解決了許多工程難題，很好地保護(hù)了上部結(jié)構(gòu)和周邊環(huán)境的為穩(wěn)定。

二 工程概況

該輕軌車站換乘通道基坑位于一條輕軌線路和兩條地鐵線路交匯處，根據(jù)規(guī)劃，輕軌線路要完成與兩條地鐵線路的換乘，以便達(dá)成新建地鐵線路與已有線路網(wǎng)的有效連接，該車站也將成為區(qū)域內(nèi)的重要換乘樞紐。由于換乘條件的限制，換乘通道的需要在輕軌車站的下部完成建設(shè)，因此該基坑工程位于輕軌車站下部，位于已有建筑物的底部(基坑及周邊環(huán)境如圖1所示)。

2．1地質(zhì)情況

場地周邊的工程地質(zhì)情況如表1所示。

場地淺部地下水屬潛水類型。本次勘察期間測得的地下水靜止水位埋深為1．10m，其相應(yīng)標(biāo)高為3．13m。場地地下水高水位埋深可按0．5m，低地下水位埋深按1．5m。

場地微承壓水主要分布于第④2層，據(jù)上海地區(qū)工程經(jīng)驗(yàn)，其水位埋深一般在3～11m。本工程基坑深約7m，且④2層在場地厚度較薄，故微承壓水對基坑設(shè)計(jì)和施工基本無影響。

2．2工程特點(diǎn)

工程主體基坑位于輕軌站內(nèi)，基坑斷面長度約30m，寬度15m，長條形基坑為自動扶梯部分，斜坡開挖。施工區(qū)域主要分布9根輕軌立柱承臺基礎(chǔ)。其中，6個承臺基礎(chǔ)緊貼基坑圍護(hù)外側(cè)，中間3個承臺基礎(chǔ)位于基坑中間(如圖2)。本工程必須要確保輕軌站結(jié)構(gòu)不受影響的前提下才可進(jìn)行施工，也就是說不影響基坑內(nèi)及基坑外的9個承臺基礎(chǔ)，同時不能對周邊道路及地鐵線路造成影響，因此施工難度相當(dāng)大。

(1)基坑圍護(hù)施工難點(diǎn):基坑圍護(hù)體緊鄰建筑物承臺和已有PHC管樁，施工時會對承臺產(chǎn)生較大影響，施工保護(hù)難度大

(2)地基加固施工難點(diǎn):基坑處于已有車站下部，在開挖前必須對深層地基進(jìn)行地基滿堂加固，加固過程會對承臺下的PHC管樁產(chǎn)生側(cè)向壓力。對樁基的保護(hù)難度大

(3)基坑開挖施工難點(diǎn):基坑開挖施工是本工程施工風(fēng)險(xiǎn)最大的階段，挖機(jī)設(shè)備自重及挖土放坡均會使PHC管樁受到側(cè)向土壓力，破壞承臺基礎(chǔ)穩(wěn)定性。同時，開挖完成后承臺及PHC管樁始終處于暴露狀態(tài)，有較大安全隱患。

(4)主體結(jié)構(gòu)施工難點(diǎn):主體結(jié)構(gòu)施工周期較長，承臺下的留土將進(jìn)一步塌方，可能對管樁基礎(chǔ)造成影響;同時管樁暴露時間過長有較大的安全隱患。結(jié)構(gòu)完成后，承臺下的土體會不同程度流失，對承臺的穩(wěn)定性造成影響。

(5)變形控制要求高:在該工程中，由于對上部建筑變形控制要求很高，同時對臨近地鐵線路的變形控制要求嚴(yán)格。該換乘通道基坑的變形控制等級為一級，最大沉降量小于7mm，圍護(hù)墻體最大水平位移小于10mm。

三 MJS工法在工程中的應(yīng)用

3．1施工方案比選

結(jié)合周邊環(huán)境、地質(zhì)條件等本通道下穿三號線宜山路部分先后考慮過頂管法、管棚法、明挖法三種施工方案，三種工法從技術(shù)上都是可行的，各有利弊。

(1)頂管方案:采用頂管法施工，兩根3000×3000的頂管從輕軌車站承臺下樁間穿過。輕軌站與地鐵站間設(shè)有頂管到達(dá)井，頂管設(shè)備需解體后吊出。頂管法施工技術(shù)是比較成熟的，但是受設(shè)備限制通道寬度較窄;另外兩根通道不能同時頂進(jìn)，而頂管設(shè)備解體吊裝工序較多;工期較長。

(2)管棚法:管棚法施工是在超前管棚支護(hù)下開挖，開挖后施做初期支護(hù)、二次襯砌的一種工法。此工法優(yōu)點(diǎn)是施工機(jī)具簡單，斷面尺寸也比較靈活，有效斷面最大2×4000×3050。缺點(diǎn)是此工法對側(cè)向位移控制較差，施工難度大;工期較長。

(3)明挖方案:此工法的優(yōu)點(diǎn)是通道的斷面在三種工法中最大，有效斷面2×4500×3100，工期短;造價較低。缺點(diǎn)是施工期間需施工圍擋，對輕軌線運(yùn)營(人流進(jìn)出站)影響較大。

幾種工法各有利弊，經(jīng)綜合比較，最終確定采用施工安全可靠且工期較短的明挖法施工。

3．2MJS工法基坑支護(hù)

在基坑開挖支護(hù)方法方面，換乘通道選擇在車站中部兩跨間沒有夾層部分通過，施工凈空約6．2m，因?yàn)闀r空凈空過低不能采用SMW工法。如果采用旋噴樁，旋噴壓力會對車站下部樁基礎(chǔ)產(chǎn)生影響，影響上部結(jié)構(gòu)安全，綜合考慮了各種因素后決定選擇目前國內(nèi)最為先進(jìn)的MJS噴射工法內(nèi)插型鋼作為支護(hù)結(jié)構(gòu)。

MJS工法在傳統(tǒng)的高壓旋噴工藝基礎(chǔ)上，采用了獨(dú)特的多孔管和前端裝置，實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)制排漿，將多余的泥漿通過排泥孔排出，并且通過前端地內(nèi)壓力監(jiān)測裝置來對地內(nèi)泥漿壓力進(jìn)行監(jiān)測，保持泥漿壓力穩(wěn)定，從而減少了對周邊環(huán)境的影響，壓力的降低還能進(jìn)一步保證成樁的直徑。MJS工法原理圖如圖3所示。

MJS工法具有良好的施工性能，日本的MJS工法發(fā)展較為成熟，現(xiàn)今已可以進(jìn)行垂直，傾斜和水平施工(圖4)，相對于其他的旋噴施工工藝，具有深度大，樁徑大，對周圍環(huán)境影響小的特點(diǎn)。國內(nèi)的MJS工法主要應(yīng)用在垂直施工中，在本工程中，采用垂直施工工法，對地基進(jìn)行加固，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用型鋼加旋噴的施工方式。

在該工程中，乘臺下基礎(chǔ)為PHC高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力管樁，第一節(jié)樁長12m。圍護(hù)深度及插入比根據(jù)穩(wěn)定性驗(yàn)算等得到。最后確定圍護(hù)體系采用Ф650MJS樁插500×300H型鋼，隔一插一，樁長10．8m，插入比1:0．74。為滿足開挖過程圍護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及控制圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形，減少圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形引起的對上部結(jié)構(gòu)影響，坑底采用滿堂旋噴加固，加固深度為坑底下4m。輕軌站內(nèi)陸基加固也采用MJS工法。施工的主要技術(shù)參數(shù)如下表:

在承臺保護(hù)方面，MJS工法具有可控角度搖擺噴漿的特性，可以很好的對承臺和樁基進(jìn)行保護(hù)，在承臺附近的MJS樁全部向基坑外方向噴漿，避免直接噴漿對承臺及樁基礎(chǔ)造成影響。同樣，利用MJS樁可控角度搖擺噴漿的特性，在地基加固施工以前，首先進(jìn)行緊貼承臺四周的土體進(jìn)行加固，加固深度為承臺底標(biāo)高～地基加固底標(biāo)高，使承臺下的土體內(nèi)外隔離，不僅能夠避免滿堂地基加固時的土壓力直接傳遞至PHC管樁上，而且在基坑開挖時起到了護(hù)壁作用(圖5)。

傳統(tǒng)的SMW工法是先攪拌再插入型鋼，由于旋噴施工時間和場地空間的限制，如果按照先旋噴再插入型鋼的施工順序，旋噴體有已經(jīng)硬化的可能性，影響型鋼的插入，因此該工程提出了先插后噴的施工工藝，先將型鋼插入底層，然后再在型鋼之間進(jìn)行旋噴施工(圖6)。

為了保證旋噴壓力對周圍環(huán)境影響較小，在施工的過程中對旋噴壓力、漿液流量等進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，保持壓力穩(wěn)定，并且對結(jié)構(gòu)立柱等的變形進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測。同時制定了應(yīng)急預(yù)案，一旦出現(xiàn)問題可以及時反應(yīng)。

四 結(jié)果分析

在地基加固和圍護(hù)結(jié)構(gòu)完成后，開挖區(qū)周圍九根立柱的最大沉降值為2．44mm，最大位移值為0．52mm，在基坑開挖結(jié)束后，開挖區(qū)周圍九根立柱的最大沉降為4．12mm，最大位移值為1．38mm，(圖7)。以上結(jié)果說明，上部結(jié)構(gòu)受地基加固和基坑開挖的影響較小，變形滿足了對上部結(jié)構(gòu)的保護(hù)要求。同時，在進(jìn)行地基加固和基坑開挖的時候，車站上部輕軌列車的都正常運(yùn)營，并未受到影響。開挖后觀察發(fā)現(xiàn)承臺和樁基都無損傷，情況良好。

基坑開挖完畢后，圍護(hù)結(jié)構(gòu)墻頂最大沉降值為4．65mm，位移最大值為4．64mm，均小于變形控制值。在開挖結(jié)束到結(jié)構(gòu)整體完成時，圍護(hù)墻體變形保持穩(wěn)定，沒有繼續(xù)增大;同時上部結(jié)構(gòu)變形也保持穩(wěn)定，沒有繼續(xù)增大。

從最終的監(jiān)測結(jié)果來看，MJS工法在該工程中的應(yīng)用效果很好，變形控制都滿足要求，很好地保護(hù)了上部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，同時沒有對上部的輕軌列車和周圍兩條地鐵列車造成影響。

五 結(jié)語

綜上所述，在既有建筑下面采用MJS工法作為基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)和進(jìn)行地基加固是切實(shí)可行的，并在實(shí)際工程中得到了驗(yàn)證，對以后類似工程有著積極的借鑒意義，通過以上分析主要得出以下結(jié)論:

(1)MJS工法是一種新型的旋噴工藝，能夠適應(yīng)復(fù)雜的場地周邊環(huán)境，很好地控制地面位移和土體位移。MJS工法具有低場地凈高施工特點(diǎn)，在場地凈高不足時具有很大優(yōu)勢。

(2)MJS工法的適用范圍廣泛，可進(jìn)行水平傾斜超深垂直施工，同時具有成裝直徑大，樁體質(zhì)量穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)。

(3)現(xiàn)場施工情況表明，MJS工法的旋噴壓力穩(wěn)定，同時配合其可控角度搖擺噴漿的特性可以保證不會對既有建筑的基礎(chǔ)造成破壞。

(4)既有建筑下面進(jìn)行改建，建筑的變形控制和周邊環(huán)境的保護(hù)是一大難題，若能與MJS工法結(jié)合，能夠很好的保護(hù)周邊環(huán)境，施工風(fēng)險(xiǎn)也能降低。

文章來源：《地下空間與工程學(xué)報(bào)》原作者：梁利李恩璞王慶國王秀志

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