玻璃纖維筋在武漢地鐵盾構(gòu)進(jìn)出洞中的應(yīng)用

張美聰

摘 要：盾構(gòu)進(jìn)出洞是盾構(gòu)施工過程中的高風(fēng)險節(jié)點(diǎn)工程，本文以武漢地鐵紙坊線工程盾構(gòu)進(jìn)出洞端頭加固為例，介紹了玻璃纖維筋在武漢長江三級階地中的應(yīng)用，在確保工程安全的同時帶來了良好的經(jīng)濟(jì)效益，可為今后武漢地鐵或其它類似工程提供參考價值。

關(guān)鍵詞：玻璃纖維筋;地鐵;盾構(gòu);三級階地

中圖分類號：U231.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）10-0081-02

1 工程概況

武漢地鐵紙坊線（27號線）工程由7號線一期工程野芷湖站引出，沿文化大道、文華路自北向南走行，先后途徑洪山區(qū)、江夏大橋新區(qū)、紙坊老城區(qū)和青龍山，止于地鐵小鎮(zhèn)，線路長約16.97km，全線共設(shè)7座車站：新路村站、大花嶺街站、江夏客廳站、譚鑫培站、北華街站、紙坊大街站、地鐵小鎮(zhèn)站，其中新路村站～大花嶺街站～江夏客廳站～譚鑫培站～北華街站～紙坊大街站區(qū)間采用盾構(gòu)法施工，該段線路位于武漢市江夏區(qū)。

2 地貌與地質(zhì)概況

江夏區(qū)屬江漢平原向鄂南丘陵過渡地段。地形特征是中部高，西靠長江，東向湖區(qū)緩斜。

地貌按成因類型可分為三大類。堆積地形的主要表現(xiàn)形式是沖積平原，主要分布于區(qū)境的沿江沿湖地區(qū)。剝蝕堆積地形的主要表現(xiàn)形式是壟崗狀平原，主要分布于區(qū)境中部，相當(dāng)于長江三級階地，高程為30～40m，高差為15～25m，坡度6～7m。構(gòu)造剝蝕地形的主要表現(xiàn)形式是丘陵。本線新路村站～紙坊大街站段區(qū)間主要位于剝蝕堆積崗狀平原區(qū)，屬長江三級階地。

根據(jù)勘察資料，本段線路盾構(gòu)進(jìn)出洞端頭主要位于第四系一般黏性土、老黏土及殘坡積黏性土、強(qiáng)-中風(fēng)化砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)砂巖或中風(fēng)化灰?guī)r地層當(dāng)中。其中老黏土及殘坡積黏性土分布于基巖面上部，一般黏性土、老黏土及殘坡積黏性土透水性弱～微，地下水貧乏，為貧水單元;砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)砂巖內(nèi)分布有基巖裂隙水，為弱～中等透水性，富水性差。

3 玻璃纖維筋介紹

玻璃纖維筋是指含量小于1%的無堿玻璃纖維（E-Glass）無捻粗紗或者高強(qiáng)玻璃纖維（S）無捻粗紗和樹脂基體（環(huán)氧樹脂、乙烯基樹脂）、固化劑等材料，通過成型固化工藝復(fù)合而成的筋材，簡稱GFRP筋[1]。GFRP筋在1942年由美國橡膠公司研制成功，1970年歐洲率先將GFRP筋應(yīng)用于混凝土結(jié)構(gòu)，目前作為混凝土結(jié)構(gòu)配筋用的GFRP筋已經(jīng)被廣泛應(yīng)用的土木工程中。與鋼筋相比GFRP筋特點(diǎn)為[2、3]：

（1）高承載能力，抗拉能力強(qiáng)，桿體強(qiáng)度是同等直徑螺紋鋼筋的兩倍，但重量輕，密度為1.9～2.2g/cm3，約為鋼筋的1/4，便于操作;（2）彈性模量穩(wěn)定、低，約為鋼筋的1/4;（3）電熱絕緣，熱膨脹系數(shù)比鋼筋更接近水泥;（4）剪切強(qiáng)度低，為脆性破壞;（5）無法進(jìn)行除切割以外的現(xiàn)場加工，如焊接、彎曲等。

本設(shè)計就是利用GFRP筋抗拉強(qiáng)度高、性能與鋼筋類似具有與混凝土良好的連接性，同時有具有剪切強(qiáng)度低、脆性破壞的特點(diǎn)，使得盾構(gòu)刀具能夠輕而易舉地把GFRP筋切成小段，而不破壞盾構(gòu)刀具或者纏繞刀具。

4 進(jìn)出洞端頭加固方案

在盾構(gòu)進(jìn)出洞時，為保持土體穩(wěn)定，防止盾構(gòu)機(jī)完全進(jìn)入地層之前其周圍地下水和泥砂涌入，危及工作井內(nèi)人員及設(shè)備安全，還會導(dǎo)致洞周范圍較大面積的地表下沉，影響地下管線和附近建（構(gòu)）筑物的正常使用，因此，必須考慮地層條件、隧道埋深及周邊環(huán)境等因素對端頭進(jìn)行相應(yīng)加固處理。選擇加固措施主要考慮地層的工程地質(zhì)條件和水文條件，同時考慮盾構(gòu)端頭部位的埋置深度、地面施工條件等因素。常用的具體處理方法有攪拌樁、旋噴樁、注漿法、素混凝土樁（墻）、凍結(jié)法等。對砂類地層，一般采取旋噴樁或凍結(jié)法、注漿法進(jìn)行加固;對粘性土及其它非砂性地層，一般采取攪拌樁、旋噴樁、凍結(jié)法進(jìn)行加固;對巖石全風(fēng)化或強(qiáng)風(fēng)化地層，一般采取素混凝土樁（墻）、注漿法進(jìn)行加固。

由于本段盾構(gòu)區(qū)間進(jìn)出洞端頭位于地質(zhì)條件較好的粘土或強(qiáng)風(fēng)化、中等風(fēng)化巖層且基本沒有地下水，根據(jù)武漢地鐵前期線路類似工程經(jīng)驗，此類地層條件下盾構(gòu)進(jìn)出洞端頭加固的主要作用是擋土、確保盾構(gòu)進(jìn)出洞破洞門安全。參考前期線路工程經(jīng)驗，原設(shè)計采用車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)外設(shè)置2排素混凝土樁+樁間注漿加固方案;在先期車站施工過程中發(fā)現(xiàn)地層穩(wěn)定性好且基本無地下水，其次考慮到本段區(qū)間盾構(gòu)將穿越巖層，盾構(gòu)機(jī)選型為復(fù)合式盾構(gòu)，結(jié)合其他城市盾構(gòu)進(jìn)出洞掘進(jìn)GFRP筋混凝土經(jīng)驗，將盾構(gòu)進(jìn)出洞端頭加固方案進(jìn)行了優(yōu)化，即盾構(gòu)進(jìn)出洞范圍內(nèi)圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用GFRP筋，取消原設(shè)計的素樁端頭加固，無須提前人工破洞門，盾構(gòu)直接切削掘進(jìn)通過。對比原方案和優(yōu)化方案，經(jīng)優(yōu)化后具有以下成效：

（1）雖然GFRP筋單價較高，但由于抗拉強(qiáng)度高且重量輕、約為鋼筋的1/4，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用GFRP筋成本略有增加，經(jīng)測算單個盾構(gòu)進(jìn)出洞范圍內(nèi)增加不到1萬元，圍護(hù)造價總體相當(dāng);但取消了原素樁+注漿加固，可節(jié)省經(jīng)濟(jì)造價約400余萬元;（2）盾構(gòu)直接切削圍護(hù)結(jié)構(gòu)出洞（進(jìn)洞），降低了破除洞門風(fēng)險，加快了施工進(jìn)度;（3）無須盾構(gòu)掘進(jìn)前進(jìn)行破除洞門施工和端頭素樁+注漿加固施工，可節(jié)省樁基+注漿加固以及人工破除洞門范圍內(nèi)鋼筋混凝土和渣土運(yùn)出的工期，共計可節(jié)省工期約1個月，加快了工程進(jìn)度。

本段5個區(qū)間左右線共計10次進(jìn)出洞均采用玻璃纖維筋方案得以順利實(shí)施，并未發(fā)生漏水漏沙等安全風(fēng)險事故，如圖1所示。

5 結(jié)語

本工程成功經(jīng)驗表明，在武漢長江三級階地，盾構(gòu)進(jìn)出洞取消端頭加固，工作井盾構(gòu)范圍內(nèi)圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用玻璃纖維筋，盾構(gòu)直接切削掘進(jìn)通過是完全可行的，且具有明顯的安全與經(jīng)濟(jì)效益，經(jīng)測算在武漢地鐵紙坊線工程中節(jié)省造價約400余萬，在減少工程風(fēng)險、降低工程造價、加快施工進(jìn)度等方面具有一定的優(yōu)勢，值得推廣，可為今后武漢地鐵或其它類似工程提供參考。

參考文獻(xiàn)

[1] 中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn).CJJ/T 192-2012盾構(gòu)可切削混凝土配筋技術(shù)規(guī)程[S].北京：中國建筑工程出版社，2012.

[2] 徐澤.GFRP筋在成都地鐵工程的應(yīng)用[J].安徽建筑，2010，17（1）：78-79.

[3] 焦其柱.盾構(gòu)直接切削圍護(hù)墻的設(shè)計探討[J].現(xiàn)代隧道技術(shù)，2007，44（4）：20-23.