盾構始發、接收端圍護結構中玻璃纖維鋼筋施工管控要點

朱文中

（廈門國璟環境工程有限公司，福建 廈門 361000）

廈門軌道交通工程通風豎井盾構始發、接收圍護結構在盾構切削區域，采用玻璃纖維筋代替圍護結構中的鋼筋，不但能保證盾構行經圍護結構的安全，而且在盾構的始發、到達圍護結構時減少人工破除門洞工序。可采用一般盾構機切削刀具直接切削，達到盾構機組直接進出洞、降低施工風險、加快施工進度、降低工程成本的目的。

1 玻璃纖維筋材料特性及力學性能分析

玻璃纖維筋又稱玻璃纖維增強塑料（GFRP），由一種熱固性的聚合物樹脂和縱向連續的E 玻璃纖維通過拉擠、表面處理工藝制成的桿體建筑材料，纖維聚合物表面可采用玻璃纖維束螺旋纏繞，并用樹脂包裹，形成類似鋼筋的肋齒，以提高與混凝土的握裹性能。玻璃纖維筋強度高、易切割，同時還具有良好的電磁絕緣性，不易腐蝕，耐久性好，玻璃纖維筋的彈性模量較低，一般為40GPa～56GPa，約為鋼筋的1/4，與混凝土的握裹力能力比同直徑普通鋼筋強，彈性模量更接近混凝土彈性模量，玻璃纖維筋受拉時以脆性破壞為主，可達到極限強度而不出現屈服現象。雖然玻璃纖維筋材料早在20世紀90年代就開始研究應用，但在福建建筑市場近幾年才開始少量應用，2016年在施工期間項目所在標段取樣，送往廣東華南理工大學土木與交通檢測中心進行原材進場復檢，材料檢驗依據采用《土木工程用玻璃纖維增強筋》JG/T406-2013。

2 玻璃纖維筋鋼筋籠的制作、安裝、澆筑管理

廈門市軌道交通翁角路站～馬青路站區間通風豎井基坑圍護結構采用鉆孔灌注樁。以玻璃纖維筋替代盾構穿越影響區內的鉆孔灌注樁鋼筋，通過改進傳統的盾構進出洞端頭圍護結構骨架筋材料類型、減少人工切割破除端頭鋼筋等工序，優化盾構施工工序，提高盾構進出洞施工的效率、經濟性和安全性。

2.1 原材料運輸、存儲

玻璃纖維筋裝卸和運輸過程中，不應懸空過長、拋擲或撞擊。切割玻璃纖維筋時注意安全防護，佩戴手套、防護眼鏡，防止纖維刺入皮膚或碎屑傷到眼睛。存放應水平放置，避免暴曬，纖維桿體材料不應沾染油污。存放時，避免鋼筋直接接觸泥土地污染鋼筋，下墊30cm 方木、沿縱向間隔2m 設置一道，并在上方用塑料彩條布進行覆蓋。玻璃纖維筋存放注意順向排列，按直徑大小分開并設置標牌。鋼筋籠運輸時采用加長板架車，運輸過程中要防止鋼筋籠變形、斷裂，輕吊輕放。

2.2 玻璃纖維筋籠的制作

主筋搭接：本項目鉆孔灌注樁玻璃纖維鋼筋籠在現場集中制作，并采用長線法施工，玻璃纖維筋的錨固長度，應較普通鋼筋適當加大，切削時玻璃纖維筋混凝土構件以脆性破壞為主，先底部緊接著頂部破壞，為此圍護構件進出洞影響區域設計采用超筋設計。制作時要按照每根樁的設計圖紙和技術規范要求的長度加工，下料時充分考慮到搭接長度，加工時標記預埋件、加強筋位置，尤其要標注進出洞門位置，準確控制玻璃纖維筋定位。

由于玻璃纖維筋不能焊接、不能采用機械套筒連接，鋼筋籠鋼筋之間的搭接穩固性，影響結構整體穩定以及吊裝施工安全，玻璃纖維鋼筋主筋、加強筋與普通鋼筋，采用U 型螺栓連接牢固，以便鋼筋籠吊裝，玻璃纖維筋之間的搭接長度、玻璃纖維筋與普通鋼筋的搭接長度為40d（d 為玻璃纖維筋直徑）。兩根豎向主筋搭接時，相鄰兩根主筋應顛倒搭接且搭接接頭相互錯開。在同一截面搭接接頭數量不應大于主筋數量的50%。U型螺栓連接方式如圖1和圖2所示。

圖1 鋼筋與玻璃纖維筋連接示意圖

圖2 鉆孔灌注樁U型螺栓連接圖

箍筋要按圖紙布置位置制作。本項目采用16mm 玻璃纖維螺旋箍筋間距150mm。施工時應核對螺旋箍筋搭接長度，螺旋箍筋搭接長度為10d（d 為玻璃纖維筋直徑）。螺旋箍筋可以采用綁扎方式固定，與縱向主筋交接必須全部綁扎到位，綁扎點采用十字型綁扎，端頭采用U型螺栓連接牢固。

2.3 增強鋼筋籠剛度及吊裝

玻璃纖維筋的彈性模量約為鋼筋彈性模量的22%左右，采用玻璃纖維筋的鋼筋籠剛度，與普通鋼筋籠有較大的差異，應在鋼筋籠制作過程中，采用一些增強鋼筋籠剛度的措施，避免筋籠吊裝過程中發生較大變形，存在安全隱患。本項目采取的措施有：①防止在吊裝過程以及運輸過程中出現較大的變形。運輸及裝卸應平放，嚴禁懸挑，玻璃纖維筋為脆性材料，剪切強度大不如鋼筋；②鋼筋籠內部采用玻璃纖維筋桁架、筋籠兩側采用吊裝后可去除的鋼筋椅架；③筋籠吊裝過程中，起吊點均需放置在鋼筋之上，嚴禁將起吊點設置在玻璃纖維筋上。鋼筋籠安裝應根據實際規格尺寸及重量選取吊機，為了保證骨架起吊時不變形，鋼筋籠采用三點吊裝，吊點設置在鋼筋上，吊環設置牢固，方便吊裝。

2.4 混凝土灌注防止上浮

安裝導管前檢查導管密封嚴密，內壁應光潔無渣，導管按技術規程安放好后其底部與孔底距離約500mm左右。導管內安放隔水塞，確保初灌成功。

圍護結構采用商品混凝土，坍落度宜控制在18cm～22cm，至少要有兩輛混凝土運輸車同時在現場等候，確保運輸能力，保證混凝土灌注過程不中斷。

采用二次清底，二次清底后馬上進行混凝土灌注，由于玻璃纖維筋的比重約為普通鋼筋的25%，在混凝土灌注過程中容易產生上浮現象。為防止鋼筋籠上浮，應采取可靠措施，本項目采用鋼筋籠頂部限位固定及控制混凝土灌注速度：①鋼筋籠頂部用工字鋼或槽鋼穿過吊點，兩端與鋼護筒焊接一起，利用護筒重量及護筒摩擦力將鋼筋籠壓住。②在灌注混凝土前要充分清孔，確保孔底不應有大量沉渣。必須在混凝土初凝前完成澆筑，同時要控制灌注速度在4m/h 以內，否則容易導致鋼筋籠上浮。導管及時上提、拆管，埋管深度不應超過6m，避免混凝土向上帶動鋼筋籠。

3 盾構始發端和接收端

3.1 盾構始發端

施工中應對洞口經改良后的土體做質量檢查及監測，本項目通風豎井所在的始發和接收端采用水泥旋噴樁進行土體加固，28d無側限強度≥1.0MPa，洞圈間隙采取密封措施。盾構始發前應采取措施做好盾構的防旋轉及基座穩定，并對盾構姿態作復核、檢查。在始發階段應控制盾構推進的初始推力。水泥盾構直接切削玻璃纖維筋時，要及時反復循環沖洗出漿泵，防止掘削玻璃纖維筋時，碎屑漂浮在泥漿上方堵塞出漿泵，頂力控制在10000kN 以下，防止頂力過大造成玻璃纖維筋區域樁體發生突然整體性破壞。

3.2 盾構接收端

盾構接收時，玻璃纖維筋混凝土圍護結構承受著盾構頂力與土壓力同時同方向的荷載，并且樁的一側為臨空面，因而盾構接收時對盾構頂力大小的控制比對盾構接收時更為嚴格，必須始終進行監測并對監測反饋參數進行分析，及時調整盾構掘進施工參數。同時做好接收井洞口外土體加固，以及受影響區域洞口圍護支撐的有序拆除、臨時洞圈應確保密封、接收基座安裝等準備工作。盾構到達前100m，必須根據洞門的實測中心位置，對盾構姿態進行調整，確保盾構準確到達。盾構切口距離接收井小于10m時，注意控制盾構推進速度，防止因開挖面壓力過大導致洞口圍護結構提前斷裂，造成地表沉陷甚至坍塌事故。盾構開始切削圍護結構時，必須降低油缸推力滿倉緩慢掘進，在盾構接收中直接切割圍護樁體，盾構頂力減至8000kN以下。待刀盤完全進入圍護結構后，方可進行清倉工作，實行敞開式掘進直到盾構安全到達接收基座上。

4 結語

本工程采用玻璃纖維筋代替盾構始發、接收端頭井圍護結構中切削區域內的鋼筋，不但能提高施工效率、減少盾構進出洞施工安全隱患，同時還能節省工程造價。施工過程中為了確保達到預期的設計效果和施工目標，應加強對材料性能的認識，嚴控搭接質量和吊裝作業。充分利用玻璃纖維筋的抗拉強度高、易剪切特性，提高施工效率，避免由人工鑿除洞口時出現涌水、涌砂和土體塌落等現象，保證施工安全，具有很好的應用前景和推廣價值。