1 工程概况
杭州市紫之隧道（紫金港路-之江路）工程为机动车专用隧道，线路全长约14.4km，其中隧道长约13.9km，双向4车道，采用浅埋暗挖方式进行施工。浅埋暗挖下穿之江路段开挖断面全部位于淤泥质粉质黏土中，土体（⑤号土）呈灰色，流塑，饱和，厚层状为主，属软土类，具有低强度、高触变性和高压缩性的特点。
该层土易产生蠕动现象，开挖后自稳能力极差，易坍塌，地面沉降难以控制， 其主要物理参数如表1所示。
表1 淤泥质粉质黏土物理参数表
为增强后续开挖时掌子面的自立性、减小后续开挖时隧道顶部及底部变形，采用水平MJS工法桩分别对掌子面及隧道顶部与底部进行加固施工。该工程共需施工27根水平MJS工法桩（编号为D1～D27），其中D6桩径1300mm、全圆，长度30m；其余桩体桩径2400mm，半圆，喷射方向向下，长度30m，如图1所示。
图1 水平MJS工法桩桩位布置图
2 水平度测量
在水平MJS施工过程中，由于钻杆自重、土体强度不均匀等原因，钻杆会随着钻进深度的增加而发生垂直偏移，从而导致桩体位置发生偏差，不能与相邻桩体形成有效搭接；另外，当偏移量达到极限值后，钻杆可能会发生断裂，导致后续施工无法正常进行。为避免此类现象的发生，在钻杆钻进过程中须对钻杆水平度进行定时测量，根据测量数据及时采取纠偏措施。
3 水平测斜仪
水平度测量的主要仪器为水平测斜仪，其广泛使用于测量土石坝、面板坝、岩体边坡、土建基坑、路基等结构物的垂直位移，配合测斜管可反复使用。
3.1 组成
水平测斜仪由信号传输电缆、测杆、绕盘及读数仪等组成，用读数仪读取数据，安排专人记录测量数据并整理，最后上传至计算机进行数据统计，并通过计算机绘制出“距离-偏斜”曲线，水平测斜仪实物图如图2所示。
图2 水平测斜仪实物图
水平测斜仪主要技术参数如表2所示。
表2 水平测斜仪主要参数表
3.2 测量方法
将校准后的测杆放入MJS钻杆回浆孔内，测杆向前推进或拔出1m，记录1次数据。根据该测量数据计算出每个步进距离（1m）对应的垂直偏移值，经叠加后即得出某一深度的累计偏斜值。
3.3 组装
首先检查测斜仪的导轮转动是否灵活、扭簧是否有力、密封圈是否完好。将信号传输电缆接头与测杆尾部相连，连接务必要紧密可靠，为防止因连接不牢固而影响测量数据的准确性，一般借助扳手将传输电缆接头与测杆尾部连接；再将读数仪的测量线与电缆绕盘连接，连接电源；打开读数仪按钮,将水平仪前后两端进行上下晃动，当水平仪前端朝上时，读数应为正，反之则为负，若读数无误则方可进行后续操作，否则须进行修复，修复后再次检查，直至经检查无误后再进行后续操作；仪器组装完成后，即可将测杆向前推进进行测量工作。
4 测斜步骤
该工程东线隧道共需施工27根MJS工法桩，测量步骤基本一致。每根桩在钻杆钻进过程中均须进行独立测斜，测量步骤流程图如图3所示。
图3 测量步骤流程图
1)用水将MJS钻杆回浆孔冲洗干净，防止异物造成测量数据的不准确及堵住测杆前进路径；
2)将测杆置于水平处，用电子水平尺对测杆水平度进行校准，当测杆完全处于水平时对读数仪读数进行清零；
3)将测杆放入MJS钻杆回浆孔内，将测杆向前推进，每推进1m记录1次数据，并根据该测量数据计算出该步进距离（1m）对应垂直偏移值及该点累计垂直偏移值（也称作该点的进去值，下文简称为进去值）；
4）抽出牵引绳索，通过测量电缆将测杆拔出，每拔出1m记录1次数据，根据该测量数据计算出该步进距离（1m）对应垂直偏移值及该点累计垂直偏移值（也称作该点的回头值，下文简称为回头值）；
5） 将进去值与回头值相加取平均值作为该点的实际累计垂直偏移值；
6）若理论累计垂直偏移值与实际累计垂直偏移值之差的绝对值小于累计步进距离的1％，则钻杆继续钻进直至钻进至指定深度，否则回拔钻杆重新钻进并返回步骤3直至钻杆钻进至指定深度。
5 数据处理
累计垂直偏移量等于已测各段垂直偏移量之和。每一段的垂直偏移量 , —每次推进长度， —这段传感器测得的偏移角度，如图4所示。将每段的垂直偏移量相加，即得出累计垂直偏移量。
图4 与 几何关系
若累计垂直偏移量D＜（L1+L2+L3+……Ln）/100，则钻杆继续钻进至指定深度，进行后续喷浆施工；否则须拔出钻杆重新钻进。文章将以D10号MJS工法桩实际施工为例，介绍水平测斜数据分析与处理方法，根据设计要求，D10号MJS工法桩沿钻杆前进方向需向上偏2°（即理论读数应为2°）。参照之前水平MJS试桩施工经验：钻杆偏移方向与切齿（头部尖锐、表面为曲面的片状金属构件）旋转方向一致（欲使钻杆向上偏移，切齿在上半圆角度范围内旋转钻进），且旋转角度范围越小钻杆偏移越明显（角度根据测量数据调整）。首次钻进暂定切齿在上半圆左右各90°（以中垂线为参照，下同）角度范围内旋转钻进。切齿与钻头前端连接，位置关系如图5所示，测量数据及计算后数据详见表3。
图5 钻头、切齿示意图
表3 D10号首次钻进数据
表3数据显示，D10号MJS工法桩首次钻进至7m时，实际累计偏移值D4为173.20mm，而理论偏移值D3为244.30mm，ΔD=D3-D4=71.09 mm＞7000/100 mm，水平度不满足要求，钻杆须拔出经纠偏后重新钻进。经分析，实际偏移值比理论偏移值小，代表钻杆下沉，故在二次钻进时钻杆须向上纠偏。
6 纠偏
针对D10号MJS工法桩钻进过程中钻杆下沉现象，决定回拔钻杆，并调整钻头切齿在上半圆左右各60°角度范围内旋转进行二次钻进（首次钻进钻杆下沉，故二次钻进时须缩小切齿旋转角度范围，暂定为60°），0～18m测量及计算后数据详见表4。
表4 D10号二次钻进0～18m数据
表4数据显示，在0～18m钻进过程中钻杆下沉现象虽得以缓解，但仍呈下沉趋势，为防止钻杆继续下沉、避免再次重新钻进，在不拔出钻杆的情况下调整钻头切齿在上半圆左右各30°角度范围内旋转钻进（仍呈下沉趋势，缩小切齿旋转角度至30°），19～30m测量及计算后数据详见表5。
表5 D10号二次钻进19～30m数据
表5数据显示，缩小切齿旋转角度范围后，钻杆下沉现象得以控制，钻杆钻进至30m时已被纠偏至理论水平，仅上抬3.65mm，纠偏效果显著，满足水平度要求，后续D10号MJS工法桩施工任务顺利完成。
7 结语
杭州紫之隧道东线隧道共完成27根水平MJS工法桩施工，仅个别桩体进行了二次钻进，大部分桩体均一次钻进成功。根据测量数据及时调整切齿旋转角度成为该工程高效、顺利进行的关键，大大降低了钻杆二次钻进概率。
杭州紫之隧道东线隧道27根水平MJS工法桩偏移值均被控制在允许范围内，未发生任何安全、质量事故。水平测斜仪在该工程中的成功应用为今后水平MJS施工提供了宝贵的经验。
摘自《上海隧道》