防滲支護一體化RMG工法關鍵技術研究

肖立生，謝文鵬

（山東省水利科學研究院、山東水利巖土工程公司，山東 濟南 250014）

防滲支護一體化RMG工法關鍵技術研究

肖立生，謝文鵬

（山東省水利科學研究院、山東水利巖土工程公司，山東 濟南 250014）

RMG施工法是針對濟南地鐵建設中復雜的工程及水文地質條件而研發，滿足工程建設的安全、經濟、高效，期望為濟南地鐵建設作出貢獻，也為同類工程提供一種新型的防滲支護方法。

防滲支護；一體化；復合防滲

1 濟南地鐵建設中防滲支護技術的現狀

濟南軌道交通建設突出的地質問題是地層結構及水文地質條件復雜、地下水位高。地層中廣泛存在卵石、碎石、膠結礫巖地層或透鏡體及風化巖層，在高水頭條件下，基坑開挖易引發滲透破壞、地面沉降，甚至導致結構失穩，這種強透水地層對支護防滲體系提出了更高的要求。專家、學者研究表明，目前的基坑工程事故中，圍護體系和防滲體系的設計不合理是最主要的原因。目前，國內外深基坑防滲和支護常用方案有鋼筋混凝土地下連續墻、灌注樁+止水帷幕、SMW工法樁、套管咬合樁、TRD工法等，這些工法對于濟南軌道交通建設的需求均存在不同程度的缺陷：SMW工法在復雜地層中攪拌能力有限，難以解決卵石、碎石、膠結礫巖及入巖問題，在濟南市區大部分地區的地層中均難以應用；TRD工法的設備昂貴，對場地要求較高，工程造價高，入巖能力有限；鋼筋混凝土地下連續墻工藝復雜，工期長，造價高；灌注樁結合止水帷幕支護防滲體系在復雜地層中可靠性差，造價偏高；套管咬合樁在深厚砂礫石地層、差異風化巖層、膠結礫巖與碎石混合層等復雜地層中施工工序復雜，成樁精度較低，造價偏高。

2 山東省水利科學研究院防滲技術背景

2.1 導桿式開槽機構筑地下連續墻技術

導桿式開槽機構筑地下連續墻技術是由山東省水利科學研究院研究開發的一種用于水利工程建造防滲墻的新型技術，技術特征是采用導桿定位給進，多軸豎向回轉切削原理進行開槽，由動力頭、導桿、成槽器、泥漿泵組成開槽系統。目前該技術在水利行業已開始規?；茝V應用，施工工藝先進，成墻質量穩定，得到業主廣泛認可。

若與TRD相比具有以下優點：施工高效、造價低，處理復雜地層的能力強，可獨立解決大部分復雜地層的成槽防滲。導桿式開槽機設備構成簡潔，配置合理，購置費較低。

2.2 垂直鋪塑防滲技術的深化研究

《垂直鋪塑防滲技術研究》是山東省水利科學研究院于上世紀90年代的科研課題，通過垂直鋪設塑料薄膜隔斷透水層防滲，由于此技術具有施工速度快、機具簡易、防滲效果好、造價低等優點，在淺深透水軟基上構筑低水頭擋水建筑物的垂直防滲體方面曾經得到較大規模的應用。但受當時技術工藝本身的限制，存在以下技術缺陷：①施工深度小，易塌槽。②鋪膜不易展開，接頭有缺陷。③薄膜鋪設過程中易損壞。薄膜沒有保護層，在鋪設過程中易受機械強力拖拽、尖銳器物的損傷。

為發揮復合土工膜在防滲效果及經濟方面的巨大優勢，山東省水科院開展了《超深復合土工膜（板）鋪設技術研究》研究，并已實現開槽鋪設復合土工膜深度18.5 m，改變了鋪設的方式，解決了復合土工膜密閉接頭等關鍵技術。

3 RMG施工法的提出

針對濟南市復雜的水文地質及工程地質條件，以及建設過程中對交通及環境的影響，為達到工程建設的安全、高效，落實綠色地鐵、節能、節材的理念，研究適合濟南市軌道交通工程建設的基坑支護和防滲技術是急迫且十分必要的?；趯U式開槽機構筑地下連續墻技術的優勢，進行技術深度整合，研發防滲與支護一體化施工技術（Rotation Milling Grooving）。研發異型槽施工設備及相關工藝，優化墻體材料配比，創新設計模型，固化理論體系，實現防滲支護一體化下的節能、節材、降低成本。濟南軌道交通集團有限公司、上海市隧道工程軌道交通工程設計研究院、山東省水利科學研究院聯合申報了《基坑防滲與支護一體化施工技術應用研究》課題，并獲省住建廳立項。工法擬定以下科研目標：

1）防滲支護一體化施工，基坑支護、防水合二為一，工程造價有明顯優勢。相比于傳統的地下連續墻或灌注樁+高噴帷幕而言，節省工程費用20%～30%以上。

2）能夠快速形成支護結構，圍護結構的施工的時間可以縮短至傳統方案的30～40%。

3）采用復合防滲體系，防滲性能提高至＜10-9cm/s量級，將臨時止水帷幕的作用延長至車站全壽命周期，減少地鐵運行管理期的排水費用。

4 RMG工法關鍵技術

4.1 基坑防滲支護一體化設計理論

1）RMG工法水泥土固化墻承載變形特性研究。采用有限元數值分析軟件，建立三維數值仿真模型，開展RMG工法固化墻承載變形特性的三維數值分析計算。研究復合不同剛性材料、不同樁斷面、樁間距、防滲墻厚度條件下基坑的變形規律，通過對大量數值試驗工況數據的統計歸類與回歸分析，揭示復合水泥土固化墻變形的規律及控制因素，為導桿式開槽機設備的研制和設計提供理論依據。

2）RMG工法水泥土固化墻室內模型試驗和現場試驗。通過室內相似模型試驗，構建不同參數配比條件下的防滲墻試件，測試其基本物理指標和力學參數，分析防滲墻試件的受力特性及滲透性能，根據現場地質條件的差異，開展不同施工條件下的現場試驗（如圖1），研究RMG工法水泥土固化在特殊地層中的支護和防滲效果，結合室內試驗及數值仿真數據，給出RMG工法水泥土固化墻的力學和防滲性能。

圖1 三維數值仿真模型

圖2 現場試驗

4.2 基坑防滲支護一體化關鍵技術

1）支護防滲一體化技術。在目前現有導桿式開槽技術的基礎上，開發一次成型的異形成槽器，槽中插入預制樁+水泥土固化墻或下入鋼筋籠灌注固化材料，形成支護防滲一體化的施工方案（圖2）。該方案可用于2層地鐵站的主體結構和附屬結構的基坑支護，調整剛性樁斷面及插入間距也可用于出入線漸變基坑的支護，顯著優點是在有效降低工程造價的同時可以快速形成支護結構，施工時間可以縮短至傳統樁墻方案的30～40%，有著明顯的經濟和社會效益。

圖3 異形槽結構斷面

2）H型鋼+固化灰漿防滲墻技術。該方法采用導桿式開槽技術形成墻體然后插入H型鋼，搭接施工后形成勁性連續墻（圖3），可用于車站出入口、場段出入線工程，對于環境條件要求不高的場地也可以用于一層地下結構（附屬結構）的基坑工程，類似于TRD、SMW的工法，但具有明顯技術及經濟優勢；由于形成的是連續的無縫墻體，較SMW工法的防滲的可靠性也大為增加，較TRD工法價格大為降低。

圖4 型鋼+固化灰漿結構斷面

3）土工膜+固化灰漿復合防滲技術。依托已研制成功的復合土工膜的鋪設技術，在開槽后首先垂直鋪設土工膜，然后灌注固化灰漿，形成和土工膜+固化灰漿復合防滲體，將防滲等級提高到10-9cm/s量級，防水的可靠性及防滲等級顯著提高，可以廣泛用于地鐵車站（2層、3層）及附屬結構、場段出入線、中間風井等基坑的防水帷幕，對地下結構運行期的永久防水有著重要意義。

5 結語

對自有技術進行整合并進行深化研究，形成防滲支護一體化施工關鍵技術。本關鍵技術具備TRD、SMW、高噴帷幕、預制樁支護等工法的優點，克服了其缺點，具有經濟、可靠、高效、環保等優勢，施工設備簡潔實用、地層適用性強，在深基坑防滲支護中具有廣闊的推廣前景。遵循濟南軌道集團綠色地鐵的建設理念，研發異型槽施工設備及相關工藝，優化墻體材料配比，創新設計模型，固化理論體系，實現防滲支護一體化下的節能、節材、降低成本；強化廢水、廢漿的處理研究，執行標準化工藝流程，實現綠色環保。該工法對于濟南軌道交通建設中的大量深基坑的防滲支護工程具有重要現實意義，在地鐵及城建領域具有廣闊的市場前景，能產生巨大的社會效益。

（責任編輯 遲明春）

TV672

B

1009-6159（2017）-10-0028-02

肖立生（1966—），男，研究員