玻璃纖維筋在地鐵盾構施工中的應用分析

王德林

（中鐵十九局集團軌道交通工程有限公司，北京 101300）

0 引言

玻璃纖維筋（Glass Fiber Reinforced Polymer，GFRP）以高強玻璃纖維為增強材料，以合成樹脂為基體材料，并摻入適量固化劑等輔助劑，采用復合成型工藝所形成的復合材料。在力學性能方面能承受較大的拉應力，因其為復合材料的原因，其結合能力強，具有較強的可模性，在施工中有廣泛的應用前景。蔣小銳[1]以深圳地鐵大學城站實際工程為研究背景，研究了玻璃纖維筋的設計原則、材料性能及其在本工程的實際運用。王光輝[2]研究了玻璃纖維筋的施工工藝，并對盾構始發(fā)與接收的風控進行研究。劉小東[3]以長春地鐵為依托，分析了玻璃纖維筋材料力學性能與其在實際工程中的運用。于學義[4]對玻璃纖維筋在地鐵車站地下連續(xù)墻鋼筋籠中的應用進行了研究，大大降低了盾構進出洞施工時施工的風險，在提高施工效率的同時，贏得了良好的社會效應和經(jīng)濟效益。李飛、鐘志全[5]和柳林[6]對城市軌道交通盾構始發(fā)車站基坑維護結構中使用玻璃纖維筋樁的不同工況進行研究，并得到地表位移的一些普適性規(guī)律。

1 工程概況

1.1 工程概況

廣州地鐵四號線南延段塘坑站，車站為島式站臺，地下兩層車站，車站圍護結構采用800 mm地下連續(xù)墻寬，地下連續(xù)墻間采用工字鋼接頭。

圍護結構地下連續(xù)墻標準段采用傳統(tǒng)的鋼筋籠，車站兩端盾構始發(fā)與接收兩端范圍內均采用玻璃纖維筋，使用的玻璃纖維筋的型號比原鋼筋的型號大一型號，玻璃纖維筋與鋼筋搭接≥500 mm。

1.2 工程地質與水文地質

1.2.1 工程地質

根據(jù)地勘資料可知，基坑范圍各土、巖層從上到下主要有<1>人工填土層、<2-1A>淤泥層、<2-2>淤泥質粉細砂層、<2-4>黏性土層、<4N-2>可塑狀粉質粘土、<5H-2>硬塑狀砂質黏性土層、<6H>混合花崗巖全風化帶、<7H>混合花崗巖強風化帶，基底主要位于<5H-2>、<4N-2>地層中，連續(xù)墻腳趾主要位于<6H>、<7H>地層中。

1.2.2 水文地質

研究區(qū)域地下水為潛水或承壓水。主要含水層為第四系海陸交互相沉積砂層<2-2>、<2-3>及沖-洪積砂層<3-1>、<3-2>。從地質剖面圖來看，沖洪積砂層之間的連通性大多不良。地下水對建筑結構主體及圍護結構具有一定的腐蝕性。

2 玻璃纖維筋在連續(xù)墻施工中的配筋設計

廣州地鐵四號線南延段塘坑站圍護結構采用800 mm厚連續(xù)墻，為確保盾構始發(fā)與接收時盾構隧道周邊圍護結構的穩(wěn)定性，降低施工風險，在盾構隧道的端頭分別設置兩幅用玻璃纖維筋代替普通鋼筋的地下連續(xù)墻。在正對盾構機刀盤中心位置7.4 m×7.4 m的范圍內配置玻璃纖維筋。

依據(jù)現(xiàn)場地質情況及實際施工技術手段，施工所使用玻璃纖維筋代替鋼筋，因為玻璃纖維筋具有高承載能力，抗拉能力強，桿體強度是同等直徑螺紋鋼筋的兩倍，但質量只有鋼筋的1/4；彈模穩(wěn)定，約為鋼筋的1/3～2/5；具體性能見玻璃纖維筋強度參數(shù)表1。

（1）普通鋼筋與玻璃纖維筋采用搭接方式，其搭接長度≥50 d，玻璃纖維筋的水平筋與主筋、箍筋之間的鋼筋連接則采用綁扎方式，主筋之間的連接則采用U形螺栓，允許誤差±100 mm。

表1 玻璃纖維筋強度參數(shù)

（2）要確保玻璃纖維筋質量，使用前要仔細檢查其表面未有纖維露出、結疤與裂紋等缺陷，其缺陷高度和深度不大于其布置部位尺寸容許偏差。

3 玻璃纖維筋工藝及盾構施工對比

3.1 施工要求

（1）采用玻璃纖維筋制作的鋼筋籠在施工現(xiàn)場需放置于方木支撐或工字形槽鋼上進行施工綁扎，需避免玻璃纖維筋與地面直接接觸。

（2）對已進行加熱固化的玻璃纖維筋，在現(xiàn)場嚴格禁止再進行冷彎加工處理。

（3）施工時，需確保玻璃纖維筋表面纏繞成形，纏繞深度≤1 mm，有利于增大混凝土與玻璃纖維筋與間的粘結力，同時對其表面采用噴砂處理工藝，可以增大其與混凝土之間的有效連接。

（4）玻璃纖維筋中的玻璃纖維應使用含堿量<0.8%的高強耐堿玻璃纖維或高強無堿玻璃纖維，不得使用高、中堿玻璃纖維；施工中所采用的玻璃纖維，其體積含量應>50 %。

3.2 鋼筋籠吊裝

（1）地連墻采用2臺吊車起吊，根據(jù)工程實際，設置10個吊點，主機設置4個吊點，輔助副機設置4個吊點，頂頭設置2個吊點。玻璃纖維筋與鋼筋的連接處須設置起吊點。

（2）為確保施工安全，現(xiàn)場正式起吊前，需進行試吊。試吊時，如組合鋼筋籠變形較大，應立即停止試吊，同時根據(jù)實際變形情況進行加固并重新設置吊點位置，待驗收合格后再重新安排起吊。

（3）組合鋼筋籠吊裝過程中，主吊與副吊平行停放于施工便道的一側，雙機共同作業(yè)時，為保證平衡可設置鐵扁擔穿滑輪組進行輔助起吊。利用主吊吊車將組合鋼筋籠移至已挖好槽段處，緩慢入槽。組合鋼筋籠下放到設計標高。

（4）吊裝結束后，需及時對組合鋼筋籠高程偏差與入槽定位的平面位置進行校核，并通過調整高程與位置，使組合鋼筋籠吊裝位置符合設計要求。

3.3 盾構機掘進與洞門破除風險對比

玻璃纖維筋構成的圍護結構，盾構機可以直接掘進，由刀盤轉動來切削玻璃纖維筋。并在盾構施工時，配給洞門延長鋼環(huán)等相應處理措施，可避免使用普通鋼筋構成的圍護結構破除過程中掌子面暴露時間過長，引起涌泥和涌水、地面塌陷等不利影響。

反之，如果使用普通鋼筋構成的圍護結構就要采用將其洞門內混凝土破除，切割圍護結構的鋼筋后，再進行盾構機掘進。

采用洞門破除的方法會出現(xiàn)以下風險：

（1）洞門破除容易引起圍護結構墻壁出現(xiàn)涌泥砂通道。

（2）洞門破除施工需要將>250 mm的砼塊以及鋼筋都必須取出，割除多余鋼筋，否則盾構機刀盤容易出現(xiàn)卡頓。

（3）對掌子面情況進行實時連續(xù)不間斷監(jiān)測，否則容易出現(xiàn)地面坍塌的事故。

4 結束語

（1）玻璃纖維筋可根據(jù)施工實際情況進行定制，同時具有易切割、制作方便等特點，在實際應用過程中無需任何鋼筋加工設備，施工極為方便。

（2）玻璃纖維筋在廣州市城市軌道交通四號線南延段塘坑站地下連續(xù)墻施工中得到廣泛應用，大大降低了盾構始發(fā)與接收施工風險，確保了施工安全，與普通鋼筋相比，玻璃纖維筋材料成本較高，但其應用于施工現(xiàn)場后，大大提高了工程進度，縮短盾構機始發(fā)階段通過圍護結構施工工期，使現(xiàn)場施工環(huán)境減少因破除樁身產(chǎn)生的揚塵，產(chǎn)生了良好的社會效應、經(jīng)濟效應與環(huán)保效應。玻璃纖維筋作為普通鋼筋的替代品，在城市軌道交通車站、盾構井的圍護結構工程施工中具有一定推廣價值。