MJS高压旋喷桩在盾构隧道下穿工程中的应用和造价分析.pdf

39铁路工程技术与经济第3 8 卷第4期2023年7 月MJS 高压旋喷桩在盾构隧道下穿工程中的应用和造价分析王泽琛（中国铁路设计集团有限公司总包事业部，天津300308)摘要：本文以某高速铁路盾构隧道下穿既有公路桥为工程背景，阐述了MJS高压旋喷桩在下穿结构物加固中相比于传统桩基托换工程的优势，并对其施工原理及施工工艺进行了详细的说明。现行铁路定额中尚无MJS高压旋喷桩相关定额，本文通过对相关市政定额分析比较并结合项目实际，综合分析MJS高压旋喷桩造价水平，为同类项目的MJS高压旋喷桩的造价确定提供研究思路和参考。关键词：高速铁路；MJS高压旋喷桩；桩基托换；结构加固；造价分析中图分类号：U238；U 2 4文献标识码：A文章编号：10 0 7-9 8 9 0(2 0 2 3)0 4-0 0 0 8-0 6Application and Cost Analysis of MJS high PressureRotary Grouting Pile in Shield Tunnel Under-crossing ProjectWANG Zechen(China Railway Design Group Co.Ltd EPC Department,Tianjin 300308,China)Abstract:Taking the shield tunnel of a high-speed railway crossing the existing highway bridge as theengineering background,This paper described the advantages of MJS high pressure rotary grouting pilecompared with traditional Underpinning technology in the filed structural reinforcement of underpassstructures,and its construction principle and technology.There was no MJS pile quota in the railway quotasystem,through analysis and comparison of relevant municipal norms and in combination with the actualsituation of the project,the cost level of MJS high pressure rotary grouting pile in the railway field underthe design conditions is determined,so as to provide research ideas and reference for the MJS highpressure rotary grouting pile in similar projects.Key words:high speed railway;MJS high pressure rotary grouting pile;underpinning technology;structure reinforcement;cost analysis0引言近年来，我国高速铁路及城际铁路不断加速发展，高速铁路引人城区或城际铁路穿越城市时为减少对城市规划的影响，同时减少征地拆迁工作的难度及费用，往往采用盾构施工隧道将对原有地上结构物带来影响降至最低。施工铁路工程中常见盾构基金项目：中国铁设A类科研项目铁路工程总承包实施阶段工程经济投资管控关键技术研究（2 0 2 2 A02253001）作者简介：王泽琛，助理工程师，硕士研究生，现主要从事工程经济工作。E-mail:wangzechen 穿越既有结构物加固措施一般采用桩基托换、地表注浆等形式，该类处理方式往往对地质有特定要求，同时需要较大施工作业空间，对原有结构物有一定潜在破坏等问题。为了增加下穿过程中施工的可靠性，近年来MJS高压旋喷桩技术以其独特的低扰动特性而被逐步推广 1-2 。本文以某在建高速铁路项目为例，研究MJS高压旋喷桩在盾构隧道下穿工程中的应用和造价分析。1常见隧道下穿处理方式按照桩基础与隧道位置不同，常见的处理方式402023年7 月第3 8 卷第4期铁路工程技术与经济有注浆加固及桩基托换，具体加固方式见表1。表1隧道下穿处理方式序号相对位置加固方式桩基位于盾构隧道两侧根据环境条件、桩基础尺寸及1并不入侵盾构隧道开挖承载力要求决定是否桩周边地及辐射范围。层注浆加固。根据环境条件、桩基础尺寸及桩基端部位于隧道拱2承载力要求采用周边注浆加固顶上。工法。根据地质条件，桩承载力，上部构造物承载力要求采用桩基托桩基部分进人盾构隧道3换，或采用注浆加固配合洞内开挖辐射范围内。加固的方式，阻止桩基沉降，防止地面变形。桩基侵人隧道开挖范若桩身干涉到隧道正常掘进施4围的。工的，必须采用桩基托换。1.1桩基托换类型及优缺点桩基托换的常见类型及优缺点见表2。表2桩基托换类型及优缺点类型优点缺点适用范围承载力小，上操作简单造价上部变形无法被动托换 3 部结构变形要相对较低。人为控制。求不严格。利用顶升装基坑占地大、置，使上部结承载力大，上施工监测要求主动托换 3 构变形得以控部结构变形要高工期长、造制，上部结构求严格。价高。沉降小。1.2注浆加固的类型及优缺点注浆加固的常见类型及优缺点见表3。表3注浆加固类型及优缺点类型优点缺点适用范围劈裂造成的剪切多用于软弱土劈裂注施工工艺简单；裂缝易对原有结层，如黏土层、砂浆法加固效果好。构造成破坏且耐土层。久性不够。对原有土体破坏多用于中砂以上渗透注浆往往压渗透注程度小，常用以的砂性土和有裂力较小注浆浆法5建筑结构物隙的岩石及结构困难。补强。表面。无需导孔，施工压密注效率高，采用速施工成本高；技多用于非饱和浆法间凝型浆液，凝结术要求高。土体。时间易于控制。2MJS高压旋喷桩应用2.1项目概况某高速铁路海底隧道工程盾构隧道下穿既有公路桥梁，相对位置关系平面图如图1所示。新建隧道临近匝道A3#、A 4#桥墩桩基，隧道与A3#桩基最小净距1.4m，隧道与A4#桩基最小净距1.3 0 m。区间隧道埋深约2 4m，隧道管片内径12.6 m，外径13.8m，管片厚0.6 m，左、右路线设计线间距4.6m。考虑到既有桥桩位于新建盾构隧道辐射范围内，为保证既有结构安全必须采取一定的控制措施，需对穿越段既有桩基周围以及盾构周围土体进行加固。传统铁路工艺工法中，对于桩基部分进人到盾构隧道开挖辐射范围内的情况，多采用注浆加固或桩基托换处理。注浆加固工艺简单，加固作业面小，但其耐久性、稳定性不满足本工程需求，桩基托换工艺可满足需求，但其施工工艺复杂，需要较大的临时作业面积，对地表既有结构物干涉较大，且本工程上部结构为公路桥梁，桩基托换工程一定程度增加交通疏解成本。MJS高压旋喷桩加固成为本工程解决上述矛盾的一种选择，其主要通过多孔管和前端造成装置，以高压射流切割破坏周围土体，实现将硬化材料浆液加压输送、喷射、切削地层、混合、排泥、集中泥浆统一完成，其通过主动排浆、控制地内压力，有效减少对既有结构物的扰动，是一种适用于狭小空间、大扭矩、全方位摆喷施工的加固方案。5.73匝道桥墩(A4期)盾构管片村狗外轮康左缘钱路中线随构饭片衬动外轮摩盾构管片村外轮廊匝道桥墩(A3#)图1相对位置平面图2.2MJS高压旋喷桩加固步骤MJS高压施喷柱加固分为以下四个步骤：(1)临时墩设置为保证MJS高压旋喷桩施工期间既有桥安全，应在既有A3#、A 4#墩周边布置临时墩，对桥梁上部结构进行支撑，当墩顶变形达到限值时，启动千斤顶对梁体进行顶托，临时墩支撑立面见图2。（2）桩基础周边加固设计采用直径2.4m的MJS高压旋喷桩尽量与桥梁桩基形成咬合，增加桥桩周边摩擦力。再通过在桥桩周边设置直径2.0 m的MJS高压旋喷桩将桥桩周边土体进一步加固。加固范围为桥桩周412023年7 月王泽琛：MJS高压旋喷桩在盾构隧道下穿工程中的应用和造价分析第3 8 卷第4期监时收文撑立面布盟题：10 010 x15本方#档10 x15米方售om3cm020C3O技土春台R/S#R.SuA3图2临时墩支撑立面边，隧道拱顶以上3 m至拱底以下6 m范围内，加固总长为2 3 m，桩顶深度2 2 m（3）盾构顶及周边地层加固对桥梁桩基5 m范围内盾构顶部及周边土体进行加固，防止盾构穿越桥梁过程中引起周边土体损失及软化。采用直径2.0 m间距1.6 m的MJS高压旋喷桩对临近桩基侧盾构中心线以上土体加固,加固厚度为盾构上部3 m范围以内土层,以及盾构临近桥桩侧三角区域的地层一侧与桥桩加固结合，桩顶深度2 2 m，加固范围见图3。(4)洞内加固采用克泥效 7 （一种盾构外周充填材料，由合成钙基黏土矿物、纤维素衍生剂、胶体稳定剂和分散剂构成。）填充盾体与土体之间的间隙，达到有效控制盾构推进时所引起的第三阶段沉降，辅助第四阶段沉降控制的目的。图3MJS高压旋喷桩地表加固平面图2.3MJS高压旋喷桩施工工序(1)施工准备根据施工图确定单桩位置，测量放线，延线开挖沟槽,沟槽宽度1m-2m左右,深度1m-3m,保证沟槽有一定的储浆功能。（2）预成孔施工根据地质情况，选择符合要求的引孔设备通过200mm直径的引孔钻杆进行引孔，引孔应确保垂直度在1/5 0 0 以内，引孔深度应大于设计深度1.0 m。(3)MJS主机安置主机应放置在坚实平整的地面，对于软弱地基区域需铺设钢板，通过悬臂梁操作阀，调节主机位置和方位，动力中心点对准孔内中心，调整伸缩支座通过水准点对主机调平，并用用木垫密实。(4)试喷将钻头放人主机动力头内，开启下部液压夹头，安装倒吸空气适配器及水龙头，调整旋转钻头喷嘴，安装完毕后，依次开启空气、12 0 泵进行试喷，确认钻头喷射是否正常，依次开启倒吸气、7 5 泵倒吸水，确认排泥口及倒吸适配器是否正常。(5）下放钻杆主机就位分段拼装钻杆，根据孔深计算钻杆下放数量，直至钻头喷嘴下放至桩底标高。(6)喷浆采用分段提升喷浆，以高压水射流预切割土体，以高压空气与硬化材料高度搅拌混合，形成桩体，直至喷射至设计桩顶标高，施工结束，清理场地，对MJS高压旋喷桩进行自然养护。3MJS高压旋喷桩工程造价分析3.1铁路定额现状现有铁路工程预算定额中，并无MJS高压旋喷桩相关定额，仅有房建预算定额（TZJ20102 0 17）FY-294预钻孔道高压旋喷（摆喷）水泥桩成孔及FY2 9 5 预钻孔道高压旋喷（摆喷）水泥桩（单 双）三）重管。实际使用时FY-294及FY-295配套使用。高压旋喷水泥桩（三重管）与MJS全方位高压旋喷桩施工工艺对比见表4。表4旋喷桩对比表特性高压旋喷水泥桩（三重管）MJS高压旋喷桩可进行3 6 0 度全方位加固，分别输送水、气、浆液介质以超高压喷射将土层组织结的三重注浆管，进行高压构破坏，土粒与浆液混合搅水流气流喷射冲切，再通工法拌凝固后在地层中形成固结过被动排浆，使浆体注入实体。通过主动排浆，控制到土体缝隙中，浆体与土地内压力，抑制地表的不均混合形成固结体成桩。匀沉降及隆起。422023年7 月第3 8 卷第4期铁路工程技术与经济特性高压旋喷水泥桩（三重管）MJS高压旋喷桩采用常规的动力头式液压采用MJS高压旋喷桩专用设备钻机配合旋喷注浆成桩机主机设备。组，分层喷射注浆。旋喷用水泥采用42.5 级普旋喷用水泥采用42.5 级通硅酸盐水泥，采用膨润土材料普通硅酸盐水泥，氯化钙确保引孔结束后孔内无沉作为早强剂，材料简单。渣，使用油脂材料实现密封和防水功能，材料较为复杂。从表4中可以看出MJS高压旋喷桩与高压旋喷水泥桩（三重管）在工法、设备及材料上都有显著差异，无法单纯替代使用，需要对其组价进一步分析。3.2其他定额情况目前上