肖立生，謝文鵬

（山東省水利科學(xué)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(guān)鍵技術(shù)研究

肖立生，謝文鵬

（山東省水利科學(xué)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(shè)中復(fù)雜的工程及水文地質(zhì)條件而研發(fā)，滿足工程建設(shè)的安全、經(jīng)濟、高效，期望為濟南地鐵建設(shè)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(fù)合防滲

1 濟南地鐵建設(shè)中防滲支護技術(shù)的現(xiàn)狀

濟南軌道交通建設(shè)突出的地質(zhì)問題是地層結(jié)構(gòu)及水文地質(zhì)條件復(fù)雜、地下水位高。地層中廣泛存在卵石、碎石、膠結(jié)礫巖地層或透鏡體及風(fēng)化巖層，在高水頭條件下，基坑開挖易引發(fā)滲透破壞、地面沉降，甚至導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，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(xué)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(shè)計不合理是最主要的原因。目前，國內(nèi)外深基坑防滲和支護常用方案有鋼筋混凝土地下連續(xù)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(shè)的需求均存在不同程度的缺陷：SMW工法在復(fù)雜地層中攪拌能力有限，難以解決卵石、碎石、膠結(jié)礫巖及入巖問題，在濟南市區(qū)大部分地區(qū)的地層中均難以應(yīng)用；TRD工法的設(shè)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(xù)墻工藝復(fù)雜，工期長，造價高；灌注樁結(jié)合止水帷幕支護防滲體系在復(fù)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(fēng)化巖層、膠結(jié)礫巖與碎石混合層等復(fù)雜地層中施工工序復(fù)雜，成樁精度較低，造價偏高。

2 山東省水利科學(xué)研究院防滲技術(shù)背景

2.1 導(dǎo)桿式開槽機構(gòu)筑地下連續(xù)墻技術(shù)

導(dǎo)桿式開槽機構(gòu)筑地下連續(xù)墻技術(shù)是由山東省水利科學(xué)研究院研究開發(fā)的一種用于水利工程建造防滲墻的新型技術(shù)，技術(shù)特征是采用導(dǎo)桿定位給進，多軸豎向回轉(zhuǎn)切削原理進行開槽，由動力頭、導(dǎo)桿、成槽器、泥漿泵組成開槽系統(tǒng)。目前該技術(shù)在水利行業(yè)已開始規(guī)?；茝V應(yīng)用，施工工藝先進，成墻質(zhì)量穩(wěn)定，得到業(yè)主廣泛認可。

若與TRD相比具有以下優(yōu)點：施工高效、造價低，處理復(fù)雜地層的能力強，可獨立解決大部分復(fù)雜地層的成槽防滲。導(dǎo)桿式開槽機設(shè)備構(gòu)成簡潔，配置合理，購置費較低。

2.2 垂直鋪塑防滲技術(shù)的深化研究

《垂直鋪塑防滲技術(shù)研究》是山東省水利科學(xué)研究院于上世紀90年代的科研課題，通過垂直鋪設(shè)塑料薄膜隔斷透水層防滲，由于此技術(shù)具有施工速度快、機具簡易、防滲效果好、造價低等優(yōu)點，在淺深透水軟基上構(gòu)筑低水頭擋水建筑物的垂直防滲體方面曾經(jīng)得到較大規(guī)模的應(yīng)用。但受當時技術(shù)工藝本身的限制，存在以下技術(shù)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(shè)過程中易損壞。薄膜沒有保護層，在鋪設(shè)過程中易受機械強力拖拽、尖銳器物的損傷。

為發(fā)揮復(fù)合土工膜在防滲效果及經(jīng)濟方面的巨大優(yōu)勢，山東省水科院開展了《超深復(fù)合土工膜（板）鋪設(shè)技術(shù)研究》研究，并已實現(xiàn)開槽鋪設(shè)復(fù)合土工膜深度18.5 m，改變了鋪設(shè)的方式，解決了復(fù)合土工膜密閉接頭等關(guān)鍵技術(shù)。

3 RMG施工法的提出

針對濟南市復(fù)雜的水文地質(zhì)及工程地質(zhì)條件，以及建設(shè)過程中對交通及環(huán)境的影響，為達到工程建設(shè)的安全、高效，落實綠色地鐵、節(jié)能、節(jié)材的理念，研究適合濟南市軌道交通工程建設(shè)的基坑支護和防滲技術(shù)是急迫且十分必要的?；趯?dǎo)桿式開槽機構(gòu)筑地下連續(xù)墻技術(shù)的優(yōu)勢，進行技術(shù)深度整合，研發(fā)防滲與支護一體化施工技術(shù)（Rotation Milling Grooving）。研發(fā)異型槽施工設(shè)備及相關(guān)工藝，優(yōu)化墻體材料配比，創(chuàng)新設(shè)計模型，固化理論體系，實現(xiàn)防滲支護一體化下的節(jié)能、節(jié)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(shè)計研究院、山東省水利科學(xué)研究院聯(lián)合申報了《基坑防滲與支護一體化施工技術(shù)應(yīng)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(yōu)勢。相比于傳統(tǒng)的地下連續(xù)墻或灌注樁+高噴帷幕而言，節(jié)省工程費用20%～30%以上。

2）能夠快速形成支護結(jié)構(gòu)，圍護結(jié)構(gòu)的施工的時間可以縮短至傳統(tǒng)方案的30～40%。

3）采用復(fù)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(guān)鍵技術(shù)

4.1 基坑防滲支護一體化設(shè)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(shù)值分析軟件，建立三維數(shù)值仿真模型，開展RMG工法固化墻承載變形特性的三維數(shù)值分析計算。研究復(fù)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(guī)律，通過對大量數(shù)值試驗工況數(shù)據(jù)的統(tǒng)計歸類與回歸分析，揭示復(fù)合水泥土固化墻變形的規(guī)律及控制因素，為導(dǎo)桿式開槽機設(shè)備的研制和設(shè)計提供理論依據(jù)。

2）RMG工法水泥土固化墻室內(nèi)模型試驗和現(xiàn)場試驗。通過室內(nèi)相似模型試驗，構(gòu)建不同參數(shù)配比條件下的防滲墻試件，測試其基本物理指標和力學(xué)參數(shù)，分析防滲墻試件的受力特性及滲透性能，根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)條件的差異，開展不同施工條件下的現(xiàn)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(jié)合室內(nèi)試驗及數(shù)值仿真數(shù)據(jù)，給出RMG工法水泥土固化墻的力學(xué)和防滲性能。

圖1 三維數(shù)值仿真模型

圖2 現(xiàn)場試驗

4.2 基坑防滲支護一體化關(guān)鍵技術(shù)

1）支護防滲一體化技術(shù)。在目前現(xiàn)有導(dǎo)桿式開槽技術(shù)的基礎(chǔ)上，開發(fā)一次成型的異形成槽器，槽中插入預(yù)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(jié)構(gòu)和附屬結(jié)構(gòu)的基坑支護，調(diào)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(yōu)點是在有效降低工程造價的同時可以快速形成支護結(jié)構(gòu)，施工時間可以縮短至傳統(tǒng)樁墻方案的30～40%，有著明顯的經(jīng)濟和社會效益。

圖3 異形槽結(jié)構(gòu)斷面

2）H型鋼+固化灰漿防滲墻技術(shù)。該方法采用導(dǎo)桿式開槽技術(shù)形成墻體然后插入H型鋼，搭接施工后形成勁性連續(xù)墻（圖3），可用于車站出入口、場段出入線工程，對于環(huán)境條件要求不高的場地也可以用于一層地下結(jié)構(gòu)（附屬結(jié)構(gòu)）的基坑工程，類似于TRD、SMW的工法，但具有明顯技術(shù)及經(jīng)濟優(yōu)勢；由于形成的是連續(xù)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(jié)構(gòu)斷面

3）土工膜+固化灰漿復(fù)合防滲技術(shù)。依托已研制成功的復(fù)合土工膜的鋪設(shè)技術(shù)，在開槽后首先垂直鋪設(shè)土工膜，然后灌注固化灰漿，形成和土工膜+固化灰漿復(fù)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(jié)構(gòu)、場段出入線、中間風(fēng)井等基坑的防水帷幕，對地下結(jié)構(gòu)運行期的永久防水有著重要意義。

5 結(jié)語

對自有技術(shù)進行整合并進行深化研究，形成防滲支護一體化施工關(guān)鍵技術(shù)。本關(guān)鍵技術(shù)具備TRD、SMW、高噴帷幕、預(yù)制樁支護等工法的優(yōu)點，克服了其缺點，具有經(jīng)濟、可靠、高效、環(huán)保等優(yōu)勢，施工設(shè)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(shè)理念，研發(fā)異型槽施工設(shè)備及相關(guān)工藝，優(yōu)化墻體材料配比，創(chuàng)新設(shè)計模型，固化理論體系，實現(xiàn)防滲支護一體化下的節(jié)能、節(jié)材、降低成本；強化廢水、廢漿的處理研究，執(zhí)行標準化工藝流程，實現(xiàn)綠色環(huán)保。該工法對于濟南軌道交通建設(shè)中的大量深基坑的防滲支護工程具有重要現(xiàn)實意義，在地鐵及城建領(lǐng)域具有廣闊的市場前景，能產(chǎn)生巨大的社會效益。

（責(zé)任編輯 遲明春）

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1009-6159（2017）-10-0028-02

肖立生（1966—），男，研究員