玻璃纖維筋在地鐵某盾構區間工程中的應用研究

王余良

摘? 要：玻璃纖維筋作為新型高強材料在建設工程中已經得到了越來越多的應用，尤其是在地鐵盾構施工中，具有替代普通鋼筋而作為盾構機直接切削的材料的優勢。結合北京地鐵某盾構區間在施工關鍵節點過程中玻璃纖維筋的應用，實現了盾構施工的安全性能和施工效能的提升。

關鍵詞：盾構;玻璃纖維筋;應用

中圖分類號：TU94 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）17-0175-03

Abstract： As a new type of high-strength material， glass fiber reinforcement has been more and more used in construction engineering. Especially in subway shield construction， it has the advantage of replacing ordinary steel bar as a direct cutting material of shield machine. Based on the application of glass fiber reinforcement in the construction of key nodes in a shield section of Beijing Subway， the safety performance and construction efficiency of shield construction are improved.

Keywords： shield; glass fiber reinforcement; application

引言

盾構法作為當前地鐵工程區間施工的主要工法，因其機械化程度高、安全系數大、施工效率高、對周圍環境影響小等優點受到行業大力推廣，盾構機制造和盾構相關工藝也得到了長足的發展和進步。近年來，隨著城市軌道交通網絡的不斷擴充，穿越或鄰近既有線和既有構筑物等也成為地鐵施工中經常遇見的重難點。為了保證工程的順利進行，需要在施工前充分考慮盾構施工對周圍環境的影響，做好各項施工措施。

玻璃纖維筋是以高強玻璃纖維為增強材料，以合成樹脂為基體材料，并摻入適量輔助劑融合而成的復合材料，也稱之為玻璃纖維增強筋（GFRP筋）。GFRP 材料具有輕質、高強、抗疲勞、耐腐蝕性、可設計、易加工等諸多優點[1]。在一定程度可以合理代替鋼材，節約工程造價、降低資源浪費并保護環境，符合國家發展戰略，值得推廣應用[2]。

蘇明，張宏斌等提出了在南寧市廣西大學站圍護結構地下連續墻車站兩端的盾構井，即地鐵穿越洞門的范圍內使用玻璃纖維筋代替普通鋼筋進行應用，解決了玻璃纖維筋在大斷面范圍內使用鋼筋籠加工難題，保證了盾構機安全、省時、順利穿越[3]。

楊紅軍研究了在成都地鐵1號線人工挖孔樁試驗段分別采用土壓平衡與泥水平衡盾構機直接切削圍護樁，取得了良好的施工和經濟效益[4]。宋旱云，劉軍等以玻璃纖維筋和普通鋼筋搭接連接研究為重點，通過單向拉伸試驗驗證了U型卡具滿足機械連接要求，并利用理論計算提出了可實施性的鋼筋籠起吊方式[5]。金鑫，劉軍等結合北京地鐵16號線某標段始發井盾構無障礙始發過程，做好盾構參數控制和地表相關數據監測以期達到良好的社會和經濟效益[6]。

本文將通過研究玻璃纖維筋在地鐵某盾構區間始發、穿越和接收階段的應用，為類似工程提供借鑒。

1 工程概況

北京地鐵某盾構區間全長1.035km，西起在建地鐵CCQ車站，始發即穿越相鄰既有線車站，區間中間部位設置盾構出土井（兼做檢修井）一座，沿道路向東一直到達在建的SZQ站（如圖1所示），該車站為暗挖三層地下式車站，采用洞樁法施工。區間覆土厚度約為13.3～26.6m，左右線線間距最小處為15.0m，最大處為18.2m，主要穿越的地層為卵石⑤、⑦卵石層及黏土層。

2 在始發井應用

盾構始發井位于新建CCQ車站主體機構的東側端頭部位，為地下三層鋼筋混凝土結構，采用明挖法施工，車站主體結構范圍內涉及到的地層從上到下依主要為卵石⑤層、粉質黏土⑥層、黏土⑥1層、細中砂⑥3層、卵石⑦層等。

為了減少傳統盾構始發破除圍護樁可能帶來的安全風險，提高施工效率，此次左右線盾構掘進范圍內5根圍護樁采取玻璃纖維筋形式，鋼筋直徑為φ25，混凝土強度為C30，直徑為1m。

由于此區間始發即穿越既有線，現場不具備設置試驗段條件，累計需要進行進洞、出洞磨樁共計4次。因此為了保證長距離掘進的適應性和安全性，必須對盾構機刀盤進行改造和升級，同時，要對掘進參數進行嚴格的計算和驗證。

在刀盤道具改造上，除了對先行刀進行耐磨堆焊以外，另外在外輪廓及中間軌跡上增加超前先行刀，比普通先行刀高出49mm，共計增加18把。此刀具可以實現對玻璃纖維筋圍護樁有效切除及破碎，降低刀盤整體刀具磨損率，提高施工安全和施工效率。在掘進參數上，通過綜合地層地質情況和類似出洞磨樁的經驗進行理論計算，設定的主要推力值為25000kN-40000kN，刀盤扭矩值設定在3000-5000kN·m，推進速度設定在10-30mm/min。在地面監控量測方面，對進洞上方的點位布置和監測頻率進行加密，確保監測數據傳輸的及時性和有效性。

在實際進行盾構始發進洞過程中，從磨樁開始到結束共計進行2.5小時，推力值、扭矩值和掘進速度均與設定值相符，沉降總體在2mm之內，滿足要求。與相比傳統洞門破除再掘進的工期7-10天相比，在安全性和高效率上都是明顯提升。

3 在盾構井（檢修井）應用

3.1 圍護結構概況

檢修井采用明挖法施工，基坑開挖尺寸為11.9*11.4*29.2米，基坑圍護結構采用樁撐形式，基坑施做完成后，澆筑盾構井結構。盾構在盾構井接收后空推通過盾構井，然后再重新始發，左線盾構的管片吊裝及出土進料等工作均通過此盾構工作井進行。圍護樁為直徑1m鉆孔灌注樁，間距1.5m，嵌固深度11m。基坑共計32根樁，其中A樁22根，B樁10根。B型樁為普通鋼筋與玻璃纖維筋結合樁。如圖2所示。

3.2 鋼筋籠加工

B型圍護樁有效樁長度為35.5m，冠梁高度為0.8m，樁底保護層為0.15m，鋼筋籠總長度為36.15m，分兩節加工。B樁上半節為鋼筋，下半節為玻璃纖維筋，具體見下表1。

玻璃纖維筋鋼筋籠制作要求在加工場地集中制作，施工時要按照設計圖紙和技術規范加工。玻璃纖維筋與普通鋼筋搭接長度為2.2m，滿足《盾構可切削混凝土配筋技術規程》（CJJ/T 192-2012）中大于規定的同直徑熱軋帶肋鋼筋搭接長度的1.25倍，且不應小于40倍的鋼材直徑的要求。玻璃纖維筋主筋及加勁筋與普通鋼筋采用“U”型卡連接牢固，玻璃纖維筋之間的搭接長度不少于40d、普通鋼筋之間的單面焊接搭接長度不小于10d，雙面焊接搭接長度不少于5d。鋼筋搭接布置在盾構機刀盤外1m以上的范圍，且搭接過程中同一斷面搭接應錯開50%。

玻璃纖維筋箍筋按圖紙尺寸用玻璃纖維螺旋箍筋間距150mm，一般區域誤差應控制在規范許可范圍內，施工時需注意設計圖中螺旋箍筋布置，玻璃纖維筋螺旋箍筋之間搭接長度為10d。螺旋箍筋以采用綁扎方式固定必須全部綁扎到位，綁扎點采用十字行綁扎，如圖3所示。為增強玻璃纖維筋與混凝土之間的握裹力，玻璃纖維筋表面須有纏繞成型，并噴砂以保證與混凝土的有效粘結;同時為不降低玻璃纖維筋的有效截面積，纏繞深度不大于1mm。玻璃纖維筋中所采用的玻璃纖維含量須控制在70%～80%，且保證玻璃纖維筋必須為無堿玻璃纖維粗砂;玻璃纖維筋中的樹脂須采用環氧樹脂。

3.3 玻璃纖維筋鋼筋籠存放、運輸、安裝

鋼筋籠存放：要求下墊30cm方木，并在鋼筋籠上方用塑料彩條布進行覆蓋;鋼筋籠放置時需注意上下口方向排列，并設置標牌。

鋼筋籠運輸：采用加長板架車，運輸過程中要防止鋼筋籠變形、斷裂，輕吊輕放。放置地點應提前用枕木墊高，避免鋼筋直接接觸泥土地，污染鋼筋。

鋼筋籠安裝：鋼筋籠安裝采用汽車吊，為了保證骨架起吊時不變形，可以在加強骨架內玻璃纖維鋼筋范圍外焊接加強箍筋，以加強其剛度。鋼筋籠宜采用三點吊裝，吊點不能設置在玻璃纖維筋范圍內。

3.4 盾構出洞接收控制及監測數據

經過盾構始發進洞和掘進過程參數調整，對出洞參數設定如下。總推力控制在20000-30000kN，推進速度10mm-15mm;刀盤扭矩控制在3500-5500kN·m，刀盤轉速控制在0.6r/min;土倉內注入泡沫，同步注漿及時跟進。

從始發到盾構井出洞共計掘進205m，占總區間長度的1/5。通過盾構出洞刀盤磨損狀態進行分析，總體良好，刀具磨損率低，整體在3-5%左右，完全滿足后續掘進施工的需求。

在監測數據方面，切削圍護樁前盾構機上方距離洞門3m處道路沉降累計-0.28mm/3小時，切削后累計沉降-2.95mm;距離洞門0.5m處道路沉降累計-0.34mm/3小時，切削后累計沉降-0.91mm。綜合分析看來，總體沉降滿足設計及規范要求。

4 在接收車站應用

接收車站為暗挖車站，采用PBA工法洞內機械成樁技術。上層導洞尺寸為4*4.5m，施工環境相對狹小。洞內灌注圍護樁尺寸為1m，混凝土型號為C30，普通鋼筋主筋直徑為φ25mm，盾構穿越范圍內玻璃纖維筋直徑為φ32mm，箍筋直徑14mm，加勁箍筋直徑20mm。

為了保證洞內施工圍護樁快速、高效，洞內圍護樁鋼筋籠采取分節連接、分節下方的方式進行。每次分節長度為2.5m，普通鋼筋采用直螺紋套筒機械連接，玻璃纖維筋與普通鋼筋搭接采用U型卡具，每次搭接長度為1.6m，能滿足規范要求。在連接和吊裝過程中，需要特別注意對U型卡具的固定，必要時需要進行相應的固定性能試驗，防止因固定不牢出現安全風險。如圖4所示。

盾構接收相關參數、監測布置參考盾構井接收端設定內容。經過盾構出洞的相關參數監測，階段沉降量在4mm之內，穿越整個區間刀盤整體磨損率在20-30%左右，總體控制較好。

5 結束語

玻璃纖維筋在盾構區間的成功應用，尤其完成了整個區間4次始發和接收，確保了盾構施工的安全和進度，為其他工程提供了良好借鑒，具有較強的推廣意義。

參考文獻：

[1]金清平.復合材料主釘支護性能試驗分析與應用研究[D].華中科技大學，2012.

[2]柯宅邦，高坤.玻璃纖維筋（GFRP）在我國地下工程應用的研究進展[J].安徽建筑，2019：86-88.

[3]蘇明，張宏斌.玻璃纖維筋在連續墻中的應用[J].隧道技術，2011（31）：73-76.

[4]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）：711-715.

[5]宋旱云，劉軍，周洪.玻璃纖維筋在地鐵盾構施工中的應用[J].北京建筑工程學院學報，2014，30（2）：32-36.

[6]金鑫，劉軍，周洪.玻璃纖維筋在地鐵盾構始發中的應用[J].北京建筑大學學報，2016，32（6）：52-58.