玻璃纖維筋在地鐵盾構(gòu)施工中的應(yīng)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(fù)合成型工藝所形成的復(fù)合材料。在力學(xué)性能方面能承受較大的拉應(yīng)力，因其為復(fù)合材料的原因，其結(jié)合能力強，具有較強的可模性，在施工中有廣泛的應(yīng)用前景。蔣小銳[1]以深圳地鐵大學(xué)城站實際工程為研究背景，研究了玻璃纖維筋的設(shè)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(gòu)始發(fā)與接收的風(fēng)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(xué)性能與其在實際工程中的運用。于學(xué)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(yīng)用進行了研究，大大降低了盾構(gòu)進出洞施工時施工的風(fēng)險，在提高施工效率的同時，贏得了良好的社會效應(yīng)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(gòu)始發(fā)車站基坑維護結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)地下連續(xù)墻標準段采用傳統(tǒng)的鋼筋籠，車站兩端盾構(gòu)始發(fā)與接收兩端范圍內(nèi)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(zhì)與水文地質(zhì)

1.2.1 工程地質(zhì)

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(zhì)粉細砂層、<2-4>黏性土層、<4N-2>可塑狀粉質(zhì)粘土、<5H-2>硬塑狀砂質(zhì)黏性土層、<6H>混合花崗巖全風(fēng)化帶、<7H>混合花崗巖強風(fēng)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(zhì)

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(zhì)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(jié)構(gòu)主體及圍護結(jié)構(gòu)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(shè)計

廣州地鐵四號線南延段塘坑站圍護結(jié)構(gòu)采用800 mm厚連續(xù)墻，為確保盾構(gòu)始發(fā)與接收時盾構(gòu)隧道周邊圍護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，降低施工風(fēng)險，在盾構(gòu)隧道的端頭分別設(shè)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(gòu)機刀盤中心位置7.4 m×7.4 m的范圍內(nèi)配置玻璃纖維筋。

依據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)情況及實際施工技術(shù)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(zhì)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(zhì)量，使用前要仔細檢查其表面未有纖維露出、結(jié)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(gòu)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(jié)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(yīng)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(yīng)>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(shè)置10個吊點，主機設(shè)置4個吊點，輔助副機設(shè)置4個吊點，頂頭設(shè)置2個吊點。玻璃纖維筋與鋼筋的連接處須設(shè)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(yīng)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(shè)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(cè)，雙機共同作業(yè)時，為保證平衡可設(shè)置鐵扁擔(dān)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(shè)計標高。

（4）吊裝結(jié)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(diào)整高程與位置，使組合鋼筋籠吊裝位置符合設(shè)計要求。

3.3 盾構(gòu)機掘進與洞門破除風(fēng)險對比

玻璃纖維筋構(gòu)成的圍護結(jié)構(gòu)，盾構(gòu)機可以直接掘進，由刀盤轉(zhuǎn)動來切削玻璃纖維筋。并在盾構(gòu)施工時，配給洞門延長鋼環(huán)等相應(yīng)處理措施，可避免使用普通鋼筋構(gòu)成的圍護結(jié)構(gòu)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(gòu)成的圍護結(jié)構(gòu)就要采用將其洞門內(nèi)混凝土破除，切割圍護結(jié)構(gòu)的鋼筋后，再進行盾構(gòu)機掘進。

采用洞門破除的方法會出現(xiàn)以下風(fēng)險：

（1）洞門破除容易引起圍護結(jié)構(gòu)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(gòu)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(jié)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(yīng)用過程中無需任何鋼筋加工設(shè)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(yīng)用，大大降低了盾構(gòu)始發(fā)與接收施工風(fēng)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(yīng)用于施工現(xiàn)場后，大大提高了工程進度，縮短盾構(gòu)機始發(fā)階段通過圍護結(jié)構(gòu)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(yīng)、經(jīng)濟效應(yīng)與環(huán)保效應(yīng)。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(gòu)井的圍護結(jié)構(gòu)工程施工中具有一定推廣價值。