防渗支护一体化RMG工法关键技术研究

肖立生，谢文鹏

（山东省水利科学研究院、山东水利岩土工程公司，山东 济南 250014）

防渗支护一体化RMG工法关键技术研究

肖立生，谢文鹏

（山东省水利科学研究院、山东水利岩土工程公司，山东 济南 250014）

RMG施工法是针对济南地铁建设中复杂的工程及水文地质条件而研发，满足工程建设的安全、经济、高效，期望为济南地铁建设作出贡献，也为同类工程提供一种新型的防渗支护方法。

防渗支护；一体化；复合防渗

1 济南地铁建设中防渗支护技术的现状

济南轨道交通建设突出的地质问题是地层结构及水文地质条件复杂、地下水位高。地层中广泛存在卵石、碎石、胶结砾岩地层或透镜体及风化岩层，在高水头条件下，基坑开挖易引发渗透破坏、地面沉降，甚至导致结构失稳，这种强透水地层对支护防渗体系提出了更高的要求。专家、学者研究表明，目前的基坑工程事故中，围护体系和防渗体系的设计不合理是最主要的原因。目前，国内外深基坑防渗和支护常用方案有钢筋混凝土地下连续墙、灌注桩+止水帷幕、SMW工法桩、套管咬合桩、TRD工法等，这些工法对于济南轨道交通建设的需求均存在不同程度的缺陷：SMW工法在复杂地层中搅拌能力有限，难以解决卵石、碎石、胶结砾岩及入岩问题，在济南市区大部分地区的地层中均难以应用；TRD工法的设备昂贵，对场地要求较高，工程造价高，入岩能力有限；钢筋混凝土地下连续墙工艺复杂，工期长，造价高；灌注桩结合止水帷幕支护防渗体系在复杂地层中可靠性差，造价偏高；套管咬合桩在深厚砂砾石地层、差异风化岩层、胶结砾岩与碎石混合层等复杂地层中施工工序复杂，成桩精度较低，造价偏高。

2 山东省水利科学研究院防渗技术背景

2.1 导杆式开槽机构筑地下连续墙技术

导杆式开槽机构筑地下连续墙技术是由山东省水利科学研究院研究开发的一种用于水利工程建造防渗墙的新型技术，技术特征是采用导杆定位给进，多轴竖向回转切削原理进行开槽，由动力头、导杆、成槽器、泥浆泵组成开槽系统。目前该技术在水利行业已开始规模化推广应用，施工工艺先进，成墙质量稳定，得到业主广泛认可。

若与TRD相比具有以下优点：施工高效、造价低，处理复杂地层的能力强，可独立解决大部分复杂地层的成槽防渗。导杆式开槽机设备构成简洁，配置合理，购置费较低。

2.2 垂直铺塑防渗技术的深化研究

《垂直铺塑防渗技术研究》是山东省水利科学研究院于上世纪90年代的科研课题，通过垂直铺设塑料薄膜隔断透水层防渗，由于此技术具有施工速度快、机具简易、防渗效果好、造价低等优点，在浅深透水软基上构筑低水头挡水建筑物的垂直防渗体方面曾经得到较大规模的应用。但受当时技术工艺本身的限制，存在以下技术缺陷：①施工深度小，易塌槽。②铺膜不易展开，接头有缺陷。③薄膜铺设过程中易损坏。薄膜没有保护层，在铺设过程中易受机械强力拖拽、尖锐器物的损伤。

为发挥复合土工膜在防渗效果及经济方面的巨大优势，山东省水科院开展了《超深复合土工膜（板）铺设技术研究》研究，并已实现开槽铺设复合土工膜深度18.5 m，改变了铺设的方式，解决了复合土工膜密闭接头等关键技术。

3 RMG施工法的提出

针对济南市复杂的水文地质及工程地质条件，以及建设过程中对交通及环境的影响，为达到工程建设的安全、高效，落实绿色地铁、节能、节材的理念，研究适合济南市轨道交通工程建设的基坑支护和防渗技术是急迫且十分必要的。基于导杆式开槽机构筑地下连续墙技术的优势，进行技术深度整合，研发防渗与支护一体化施工技术（Rotation Milling Grooving）。研发异型槽施工设备及相关工艺，优化墙体材料配比，创新设计模型，固化理论体系，实现防渗支护一体化下的节能、节材、降低成本。济南轨道交通集团有限公司、上海市隧道工程轨道交通工程设计研究院、山东省水利科学研究院联合申报了《基坑防渗与支护一体化施工技术应用研究》课题，并获省住建厅立项。工法拟定以下科研目标：

1）防渗支护一体化施工，基坑支护、防水合二为一，工程造价有明显优势。相比于传统的地下连续墙或灌注桩+高喷帷幕而言，节省工程费用20%～30%以上。

2）能够快速形成支护结构，围护结构的施工的时间可以缩短至传统方案的30～40%。

3）采用复合防渗体系，防渗性能提高至＜10-9cm/s量级，将临时止水帷幕的作用延长至车站全寿命周期，减少地铁运行管理期的排水费用。

4 RMG工法关键技术

4.1 基坑防渗支护一体化设计理论

1）RMG工法水泥土固化墙承载变形特性研究。采用有限元数值分析软件，建立三维数值仿真模型，开展RMG工法固化墙承载变形特性的三维数值分析计算。研究复合不同刚性材料、不同桩断面、桩间距、防渗墙厚度条件下基坑的变形规律，通过对大量数值试验工况数据的统计归类与回归分析，揭示复合水泥土固化墙变形的规律及控制因素，为导杆式开槽机设备的研制和设计提供理论依据。

2）RMG工法水泥土固化墙室内模型试验和现场试验。通过室内相似模型试验，构建不同参数配比条件下的防渗墙试件，测试其基本物理指标和力学参数，分析防渗墙试件的受力特性及渗透性能，根据现场地质条件的差异，开展不同施工条件下的现场试验（如图1），研究RMG工法水泥土固化在特殊地层中的支护和防渗效果，结合室内试验及数值仿真数据，给出RMG工法水泥土固化墙的力学和防渗性能。

图1 三维数值仿真模型

图2 现场试验

4.2 基坑防渗支护一体化关键技术

1）支护防渗一体化技术。在目前现有导杆式开槽技术的基础上，开发一次成型的异形成槽器，槽中插入预制桩+水泥土固化墙或下入钢筋笼灌注固化材料，形成支护防渗一体化的施工方案（图2）。该方案可用于2层地铁站的主体结构和附属结构的基坑支护，调整刚性桩断面及插入间距也可用于出入线渐变基坑的支护，显著优点是在有效降低工程造价的同时可以快速形成支护结构，施工时间可以缩短至传统桩墙方案的30～40%，有着明显的经济和社会效益。

图3 异形槽结构断面

2）H型钢+固化灰浆防渗墙技术。该方法采用导杆式开槽技术形成墙体然后插入H型钢，搭接施工后形成劲性连续墙（图3），可用于车站出入口、场段出入线工程，对于环境条件要求不高的场地也可以用于一层地下结构（附属结构）的基坑工程，类似于TRD、SMW的工法，但具有明显技术及经济优势；由于形成的是连续的无缝墙体，较SMW工法的防渗的可靠性也大为增加，较TRD工法价格大为降低。

图4 型钢+固化灰浆结构断面

3）土工膜+固化灰浆复合防渗技术。依托已研制成功的复合土工膜的铺设技术，在开槽后首先垂直铺设土工膜，然后灌注固化灰浆，形成和土工膜+固化灰浆复合防渗体，将防渗等级提高到10-9cm/s量级，防水的可靠性及防渗等级显著提高，可以广泛用于地铁车站（2层、3层）及附属结构、场段出入线、中间风井等基坑的防水帷幕，对地下结构运行期的永久防水有着重要意义。

5 结语

对自有技术进行整合并进行深化研究，形成防渗支护一体化施工关键技术。本关键技术具备TRD、SMW、高喷帷幕、预制桩支护等工法的优点，克服了其缺点，具有经济、可靠、高效、环保等优势，施工设备简洁实用、地层适用性强，在深基坑防渗支护中具有广阔的推广前景。遵循济南轨道集团绿色地铁的建设理念，研发异型槽施工设备及相关工艺，优化墙体材料配比，创新设计模型，固化理论体系，实现防渗支护一体化下的节能、节材、降低成本；强化废水、废浆的处理研究，执行标准化工艺流程，实现绿色环保。该工法对于济南轨道交通建设中的大量深基坑的防渗支护工程具有重要现实意义，在地铁及城建领域具有广阔的市场前景，能产生巨大的社会效益。

（责任编辑 迟明春）

TV672

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1009-6159（2017）-10-0028-02

肖立生（1966—），男，研究员