玻璃纖維筋在連續墻中的應用

蘇 明，張宏斌

(中鐵隧道集團四處有限公司，南寧 530003)

0 引言

在目前的盾構法施工中，TBM(盾構)不能有效地切割鋼筋混凝土結構。盾構穿越鋼筋混凝土墻，通常的施工方法是在穿越前通過人工鑿除鋼筋混凝土結構體，增加了工人的勞動強度、降低了工效低、增加了成本和工期，并存在施工安全隱患。這個問題困擾地鐵工程中盾構穿越的圍護結構區域的設計及施工多年。正是在這種背景之下，玻璃纖維筋被應用于這個區域中，解決了此問題。但玻璃纖維筋是一種新型材料，在工程實踐中的應用并不廣泛［1－3］，對其的介紹也不多［4］。本文就玻璃纖維筋在南寧軌道交通1號線廣西大學站中的應用，介紹其材料特性、施工規范及驗收標準。

1 工程概況

廣西大學站是南寧市軌道交通工程1號線的第8站，位于南寧市大學路和明秀路交叉的十字路口，與規劃的5號線換乘。車站為地下兩層島式車站，全長465 m，兩端為盾構始發井，車站圍護結構為800 mm厚的鋼筋混凝土地下連續墻。

圍護結構連續墻車站兩端盾構始發井，盾構穿越的洞門范圍內的鋼筋均用玻璃纖維筋代替。在遠期規劃的5號線隧道盾構下穿1號線隧道范圍內，底板下所有鋼筋也采用玻璃纖維筋代替鋼筋。

2 玻璃纖維筋的特性

2.1 力學性能

1)玻璃纖維筋是采用高性能無堿玻璃纖維與乙烯基樹脂經過連續拉擠成型工藝，制成“全螺紋”的形態，具有良好的力學性能。

2)玻璃纖維筋的相對密度是1.8～2.1，通過力學試驗(圖1)表明其抗拉強度為450～700 MPa(二級鋼筋屈服強度為335 MPa，三級鋼筋屈服強度為400 MPa)，超過相同型號的鋼筋，彈性模量為40～45 GPa。玻璃纖維筋的伸長率小于3%，全螺紋損壞時，纖維縱向斷裂，螺紋筋體間仍有纖維相連。玻璃纖維筋具有良好的耐酸、耐鹽腐蝕性能，強度與剛度穩定和較好的抗凍融性。玻璃纖維筋與鋼筋力學性能對比見表1。

圖1 玻璃纖維筋力學試驗現場及試驗效果圖Fig.1 Mechanical testing site and testing result of GFRP

表1 玻璃纖維筋與鋼筋力學性能對比表Table 1 Characteristic comparison and contrast between GFRP and concrete iron

3)玻璃纖維筋的容重僅為鋼筋容重的1/4左右，比較小。

4)玻璃纖維筋的熱膨脹系數與混凝土相近，當環境溫度發生變化時，玻璃纖維筋與混凝土能協同工作，兩者不會產生大的溫度應力。

5)玻璃纖維筋彈性模量約為普通鋼筋的1/4，玻璃纖維筋中纖維含量通常為70%～80%。

6)玻璃纖維筋熱傳導和電傳導能力低、可切割性能好;但是彈性模量小、脆性大。

2.2 經濟效應

玻璃纖維筋縱向具有高抗拉強度，很容易被盾構或其他挖掘機械磨碎，這種獨特的各向異性高強材料可以作為連續墻配筋應用在盾構法或新奧法等隧道工程中，極大地優化了隧道施工(始發和到達)中的機械化挖掘過程。

盾構穿越地下連續墻的那部分稱為破鏡面，可以使用玻璃纖維筋來構造，可顯著提高建設速度，無需像傳統的鋼筋連續墻先停機，讓工人進入盾構與連續墻之間，挖除混凝土和切割鋼筋。工藝效能對比表見表2。

連續墻鏡面可采用由鋼筋和玻璃纖維筋相結合的混合籠，并在盾構周圍設定合適公差，其公差大小可根據TBM在挖掘隧道過程中的偏移量以及連續墻混合籠的放置偏移量來進行調整。

表2 工藝效能對比表Table 2 Construction technology comparison and contrast between GFRP and concrete iron

3 玻璃纖維筋的應用

3.1 玻璃纖維筋在連續墻中的設置

車站圍護結構采用800 mm厚連續墻，墻幅寬5.0 m。為了減少玻璃纖維筋的用量，玻璃纖維筋只布置在正對盾構刀盤中心7.0 m×7.0 m范圍內。纖維筋在連續墻中的設置見圖2和圖3。

圖2 玻璃纖維筋在盾構始發井處中的設置示意圖Fig.2 Layout of GFRP at shield launching shaft

圖3 玻璃纖維筋在規劃5號線下穿段中的設置示意圖Fig.3 Layout of GFRP at section underneath crossing No.5 line

3.2 玻璃纖維筋的施工工藝標準

到目前為止國內還沒有玻璃纖維筋的施工規范及檢驗標準，經多次討論和一些國內外行業施工經驗、標準的借鑒，針對本工程確定以下施工規范及驗收標準:

1)用玻璃纖維筋代替鋼筋時，其型號較原設計鋼筋直徑大一個等級，如原設計鋼筋為φ32 mm，玻璃纖維筋則采用φ36 mm的代替方可。

2)玻璃纖維筋主筋與水平筋、箍筋之間采用綁扎方式連接，玻璃纖維筋與鋼筋的搭接按照40d的要求搭接，主筋之間采用“U”螺栓進行連接(圖4為玻璃纖維筋“U”型螺栓連接示意圖，圖5為“U”型螺栓連接實體及綁扎照片)。

圖4 玻璃纖維筋“U”型螺栓連接示意圖Fig.4 Sketch shows the connecting of GFRP U-shape bolt

圖5 “U”型螺栓連接實體及綁扎現場照片Fig.5 U-shape bolt connection and site photo

3)搭接驗收允許誤差－100 mm～+100 mm。

4)玻璃纖維筋表面不得有裂紋、結疤和纖維露出，表面缺陷的深度和高度不得大于所在部位尺寸的允許偏差。

5)其他與國家相關施工規范中的規定相同。

3.3 玻璃纖維筋的吊裝

1)由于玻璃纖維筋相對鋼筋剛度較低，在起吊前必須對玻璃纖維筋和鋼筋的組合籠進行加固。現場采用φ32 mm的鋼筋做成臨時支撐框架對玻璃纖維筋部分進行加固，增強整個鋼筋籠的整體性，保證吊裝安全。支撐框采用“U”型螺栓固定在玻璃纖維筋籠上，并在連續墻籠吊起后沉入溝槽前把支撐架移除(見圖6和圖7)。

圖6 鋼筋籠吊裝臨時支架圖Fig.6 Temporary hoisting support of concrete iron

圖7 臨時支架實體照片Fig.7 Photo of temporary support

2)綁扎后的玻璃纖維筋和鋼筋組合連續墻籠必須豎起吊至豎直平面。起吊過程必須保證鋼筋籠架的穩定和完整(見圖8)。

3)連續墻起吊共設置2臺吊機，8個吊點。主吊機4個吊點，輔助吊機4個吊點起吊(圖8)。在鋼筋和纖維筋相連接的位置必須設置吊點，起吊時專人指揮，緩慢升起以防止起吊撓度過大。

圖8 吊裝Fig.8 Hoisting

4)當連續墻鋼筋籠提升至豎直平面內后，將其移動到墻幅位置。臨時支撐必須在整個籠置于槽段前全部移除。

4 玻璃纖維筋安裝注意事項

1)玻璃纖維筋應放置在鋼支撐或木支撐上進行綁扎，避免將纖維筋鋼筋籠直接放置在地面上。其作用是為防止纖維筋表面被地面的碎屑污染或刮傷，造成握裹力的損失。由于纖維筋的剛度較低，應注意在纖維筋籠部分下面多放置枕木。

2)禁止在現場對已熱固化的玻璃纖維筋進行冷加工。

3)縱向主筋的搭接應在連續墻盾構掘進區域外圍進行。縱向鋼筋搭接區以外的其他節點可以使用普通鐵絲、冷軋鐵帶或塑料尼龍帶進行固定。

4)操作工人必須佩戴手套，以防止玻璃纖維筋表面纖維和鋒利邊緣造成傷害。

5)由于高溫、紫外線和化學物質可能會對玻璃纖維筋造成傷害，所以盡量使材料遠離這樣的環境。

6)在安裝過程中玻璃纖維筋有可能被一些外加劑或者其他物質造成一定的表面污染，這樣會影響其與混凝土的黏結效果，所以在混凝土結構使用之前，操作人員應該用溶劑將這些污染物質擦拭干凈。

7)玻璃纖維筋的切割采用電鋸進行。在操作玻璃纖維筋切割時，要佩戴防塵面具、手套、眼鏡，用以保護操作人員的眼睛。

5 結論

1)玻璃纖維筋在南寧軌道交通1號線廣西大學站盾構井及5號線下穿段連續墻的施工中得到了成功應用，解決了玻璃纖維筋在大斷面范圍內使用鋼筋籠加工及吊裝難題，為盾構機穿越提供了條件。

2)本工程實踐證明:采用玻璃纖維筋代替鋼筋的圍護結構，可以節省成本、縮短盾構井穿越時間、減少對地面環境的干擾。

［1］ 楊紅軍.玻璃纖維筋在盾構井圍護結構中的應用［J］.隧道建 設，2008，28(6):711 － 715.(YANG Hongjun.Application of GFRP in construction of retaining structure of shield［J］.Tunnel Construction，2008，28(6):711 － 715.(in Chinese))

［2］ 楊能.玻璃纖維筋在圍護結構中的應用［J］.山西建筑，2008(33):160 － 161.(YANG Neng.Application of the glass fiber-reinforced pblymer in the building entelope［J］.Shanxi Architecture，2008(33):160 －161.(in Chinese))

［3］ 蔣小銳.玻璃纖維筋在地下連續墻中的應用［J］.鐵道標準設計，2009(10):58－60.

［4］ DB44/T 497—2008土木工程用玻璃纖維增強復合材料(GFRP)筋［S］.廣州:廣東省質量技術監督局，2008.