玻璃纖維筋(GFRP)在盾構(gòu)法區(qū)間洞門中的應(yīng)用

張 凱 袁 杰 王 冠

(1.南寧軌道集團有限公司,廣西 南寧 530022； 2.中國建筑股份有限公司,北京 100000)

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玻璃纖維筋(GFRP)在盾構(gòu)法區(qū)間洞門中的應(yīng)用

張 凱1袁 杰2王 冠2

(1.南寧軌道集團有限公司,廣西 南寧 530022； 2.中國建筑股份有限公司,北京 100000)

簡述了玻璃纖維筋(GFRP)的特點，以南寧軌道交通1號線心圩江站工程為例，分析了GFRP在區(qū)間洞門處的應(yīng)用技術(shù)，并總結(jié)了施工中的質(zhì)量控制要點，指出玻璃纖維筋混凝土結(jié)構(gòu)可以滿足盾構(gòu)進(jìn)出洞墻體的強度與切削要求，降低了施工風(fēng)險，提高了施工效率。

玻璃纖維筋，圍護結(jié)構(gòu)，區(qū)間洞門，地下連續(xù)墻

盾構(gòu)法區(qū)間洞門采用的是鋼筋混凝土地下連續(xù)墻，用盾構(gòu)機直接切削墻體進(jìn)行進(jìn)出洞極為困難，通常做法是采用人工破除，破除困難且危險性較大。因此，工法研究階段希望能有一種新型材料來代替盾構(gòu)機無法切削的普通鋼筋。玻璃纖維筋(GFRP)的應(yīng)用，順利解決了這一難題，玻璃纖維筋(GFRP)以其抗拉強度高、質(zhì)量輕、易切割、施工方便、與混凝土結(jié)合力強等優(yōu)勢，目前已被國內(nèi)外建筑市場所接受，并且在軌道交通盾構(gòu)隧道[1-5]、高速公路、橋梁、機場、碼頭、水利工程、地下工程等領(lǐng)域有成功的應(yīng)用案例。

南寧軌道交通1號線心圩江站，車站位于南寧市大學(xué)魯班路口，主體圍護結(jié)構(gòu)采用800 mm厚地下連續(xù)墻，車站未設(shè)盾構(gòu)井，區(qū)間盾構(gòu)施工經(jīng)由廣西大學(xué)站始發(fā)，心圩江站站內(nèi)過站，到達(dá)動物園站后吊出，盾構(gòu)機通過心圩江站圍護結(jié)構(gòu)地下連續(xù)墻洞門處采用玻璃纖維筋(GFRP)混凝土，為考慮預(yù)留足夠的施工誤差，玻璃纖維筋(GFRP)洞門處預(yù)留直徑7.62 m，玻璃纖維筋(GFRP)選用抗拉強度標(biāo)準(zhǔn)值不小于500 MPa，彈性模量不小于34 GPa，鋼筋最大直徑為36，最小直徑為16，搭接長度為1.8 m。

1 玻璃纖維筋(GFRP)簡介

玻璃纖維筋(GFRP)[6]是一種由樹脂和玻璃纖維復(fù)合組成的新型材料，具有強度高、質(zhì)量輕、易剪切、耐腐蝕、非磁性等顯著優(yōu)點，是由縱向連續(xù)的玻璃纖維和樹脂通過拉擠工藝和表面處理制成的桿體材料。玻璃纖維筋(GFRP)的特點有：抗拉強度高：抗拉強度優(yōu)于普通鋼材，高于同規(guī)格鋼筋的20%；質(zhì)量輕：僅為同體積鋼筋的1/4；耐腐蝕性強：耐酸堿等化學(xué)物的腐蝕可抵抗氯離子和低pH值溶液的侵蝕，尤其是抗碳化合物和氯化合物的腐蝕性更強；易切割、施工方便：盾構(gòu)機刀盤可直接切割，施工操作簡單；混凝土結(jié)合力強：熱膨脹系數(shù)與鋼材相比更接近水泥，因此與混凝土結(jié)合握裹力更強。

2 玻璃纖維筋(GFRP)應(yīng)用對比

2.1 傳統(tǒng)工法，人工破除

1)破除地下連續(xù)墻鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)需要1個月時間，施工工期較長。2)作業(yè)人員必須進(jìn)入作業(yè)面人工破除，作業(yè)環(huán)境艱苦，易發(fā)生安全事故。3)增加機械臺班費用，如盾構(gòu)機停工費、鑿巖機械費等。4)在盾構(gòu)洞門外側(cè)需進(jìn)行土體加固或改良。5)無論始發(fā)或接收的工作面必須在車站開挖結(jié)束后進(jìn)行。

2.2 玻璃纖維筋(GFRP)混凝土技術(shù)

1)盾構(gòu)機可以直接穿透地下連續(xù)墻鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，施工工期短。2)作業(yè)人員無需進(jìn)入作業(yè)面人工破除，提高施工安全度。3)輕質(zhì)高強，重量只有普通鋼筋的1/4，節(jié)約工期和降低勞動強度。4)洞門外端頭加固簡單，節(jié)約工期和建設(shè)費用。5)在圍護結(jié)構(gòu)永久性考慮玻璃纖維筋(GFRP)強度高、易切割，同時還具有良好的電、磁絕緣性，耐久性好，不易腐蝕。但玻璃纖維筋(GFRP)的彈性模量小和延伸性較低，與混凝土的錨固能力同普通鋼筋有一定差別。

綜上所述，在城市軌道交通施工，面臨交通繁忙、建筑物密集、地下管網(wǎng)縱橫交錯、地質(zhì)情況復(fù)雜等不利因素，致使盾構(gòu)機出洞安全及質(zhì)量控制尤為重要，盾構(gòu)機進(jìn)出洞端頭加固受地下管網(wǎng)、施工場地等影響，加固不到位或無法加固。因此，選用玻璃纖維筋(GFRP)施工盾構(gòu)機洞門處的圍護結(jié)構(gòu)地下連續(xù)墻，盾構(gòu)機通過時直接切削玻璃纖維筋(GFRP)混凝土更為優(yōu)質(zhì)高效。

3 區(qū)間洞門中的應(yīng)用技術(shù)

3.1 玻璃纖維筋(GFRP)的力學(xué)性能分析

表1 玻璃纖維筋(GFRP)主要力學(xué)性能

由表1可知，玻璃纖維筋(GFRP)抗拉強度標(biāo)準(zhǔn)值均大于普通鋼筋，抗剪強度小于普通鋼筋，彈性模量和延性較低，因此在玻璃纖維筋鋼筋籠加工、制安過程中，嚴(yán)格注意鋼筋移動時的彎曲程度，采用普通鋼筋制作骨架，鋼筋連接必須符合規(guī)范要求，在起重吊裝過程中，避免鋼筋籠起吊彎曲造成安全事故。

3.2 玻璃纖維筋(GFRP)的施工

心圩江站在車站東西兩端頭圍護結(jié)構(gòu)地下連續(xù)墻采用玻璃纖維筋(GFRP)，玻璃纖維筋(GFRP)在工廠內(nèi)加工制作，現(xiàn)場整體一次拼裝成型，豎向主筋采用綁扎搭接，搭接長度40D，搭接采用鋼絲繩卡，見圖1a)。鋼筋籠桁架筋采用普通鋼筋，在鋼筋籠入槽后全部切除,見圖1b)。

1)制作安裝：玻璃纖維鋼筋籠按單元槽段，整體一次在現(xiàn)場制作，制作前先將盾構(gòu)洞門環(huán)梁用紅油漆預(yù)先畫在加工平臺上，再鋪底層鋼筋網(wǎng)，縱向受力主筋搭接采用鋼絲繩卡，水平筋與縱向主筋連接采用鐵絲綁扎，桁架筋采用普通鋼筋制作，以提高鋼筋籠的整體剛度，確保鋼筋籠起吊穩(wěn)定性。鋼筋籠制作后對鋼筋籠的鋼筋尺寸、直徑、配筋間距、連接質(zhì)量、預(yù)埋件、預(yù)埋筋、檢測管等進(jìn)行嚴(yán)格檢查。

2)吊裝及就位：玻璃纖維筋鋼筋籠采用雙機遞法送整體一次吊裝。幅寬7.6 m，重量41 t，由于鋼筋籠的幅寬和重量均較大，為防止起吊時橫向彎曲的玻璃纖維筋(GFRP)區(qū)段造成擠壓，使鋼筋籠產(chǎn)生變形，采用兩幅鋼扁擔(dān)。起吊作業(yè)時由1臺主吊和1臺副吊配合起吊。主吊采用150 t履帶式起重機，副吊采用55 t履帶式起重機。經(jīng)過吊點設(shè)計檢算，其中主吊吊住頂部，副吊吊住

中間部位吊起，先使鋼筋籠整體離開地面，然后主吊升高，副吊配合使鋼筋籠底端不接觸或沖撞地面，直至主吊將鋼筋籠垂直吊起，然后由主吊將鋼筋籠運輸、入槽、就位，用12號工字鋼橫擔(dān)于導(dǎo)墻上將鋼筋籠吊住，穩(wěn)定在設(shè)計標(biāo)高位置，之后將鋼筋籠與導(dǎo)墻頂?shù)念A(yù)埋件焊接，防止其上浮。

3.3 施工技術(shù)控制要點

1)玻璃纖維筋鋼筋籠配筋抗拉強度比普通鋼筋高，重量只有普通鋼筋的1/4，耐久性較好，但因玻璃纖維筋(GFRP)屬典型的脆性材料，沒有延伸性，在施工過程中仍需選用普通鋼筋制作鋼筋籠桁架及剪刀筋，使鋼筋籠整體骨架具有較好的穩(wěn)定性。

2)對于玻璃纖維筋鋼筋籠起重吊裝，由于玻璃纖維筋(GFRP)的抗彎性能較差，易彎折，對于長29.1 m，重41 t的鋼筋籠，在鋼筋籠吊裝時要盡量使其保持垂直，避免發(fā)生扭曲變形。

3)采用普通鋼筋制作整體鋼筋籠骨架時，在鋼筋籠入槽位置確定后，將鋼筋籠整體起吊，盾構(gòu)機頂進(jìn)范圍內(nèi)的普通鋼筋全部切除，且有一定的誤差預(yù)留量。

4)水下混凝土澆筑時，要嚴(yán)格控制其澆筑質(zhì)量，因為玻璃纖維筋(GFRP)抗彎性能差，在深基坑開挖時不可避免受到圍護結(jié)構(gòu)外側(cè)土壓力及水壓力的作用，造成墻體細(xì)微的裂縫以致墻體滲漏水，故玻璃纖維筋(GFRP)混凝土地下連續(xù)墻水下混凝土施工質(zhì)量需嚴(yán)格控制。

4 結(jié)語

通常盾構(gòu)法施工進(jìn)出車站洞門通過的地下連續(xù)墻采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，用盾構(gòu)機直接切削地下連續(xù)墻鋼筋混凝土極為困難，基本無法進(jìn)行。采用人工破除時，破除工作面臨艱苦的作業(yè)環(huán)境以及地下連續(xù)墻鋼筋混凝土開口破除后土體的暴露，易出現(xiàn)土體塌方、涌水、涌沙等施工安全問題。選用玻璃纖維筋(GFRP)混凝土結(jié)構(gòu)，可以滿足盾構(gòu)進(jìn)出洞墻體的強度、切削要求，同時，降低了施工風(fēng)險，提高了施工效率，有效的控制了盾構(gòu)機進(jìn)出洞時的安全與質(zhì)量，減小盾構(gòu)機進(jìn)出洞端頭加固的費用投入，因此，區(qū)間洞門地下連續(xù)墻采用玻璃纖維鋼筋代替普通鋼筋完全可行。在南寧軌道交通心圩江站圍護結(jié)構(gòu)地下連續(xù)墻中采用玻璃纖維筋(GFRP)的成功應(yīng)用，為今后類似工程提供了可以參考的經(jīng)驗。

[1] 朱大宇.GFRP筋地下連續(xù)墻的施工應(yīng)用研究[D].上海：同濟大學(xué),2008.

[2] 鄒永威.玻璃纖維(GFRP)筋在盾構(gòu)端頭井圍護樁中的應(yīng)用研究[D].成都：西南交通大學(xué),2008.

[3] 劉 軍.玻璃纖維筋在盾構(gòu)工程中的研究與應(yīng)用[J].都市快軌交通,2014,27(1):81-85.

[4] 張晉生.玻璃纖維筋在下穿地鐵盾構(gòu)區(qū)間基坑圍護施工中的應(yīng)用[J].科技與創(chuàng)新,2015,87(8):87-88.

[5] 蘇 明,張宏斌.玻璃纖維筋在連續(xù)墻中的應(yīng)用[J].隧道建設(shè),2011,31(2):73-76.

[6] GB 50608—2010，纖維增強復(fù)合材料建設(shè)工程應(yīng)用技術(shù)規(guī)范[S].

Application of GFRP in interval portal with shielding method

Zhang Kai1Yuan Jie2Wang Guan2

(1.NanningRailTransitGroupCo.,Ltd,Nanning530022,China; 2.ChinaBuildingCo.,Ltd,Beijing100000,China)

The paper describes GFRP features, analyzes the application technologies of GFRP in interval portal with Xinyu river station engineering of Nanning rail transit line No.1 as an example, and summarizes construction quality control points, which meets shielding exit-entrance wall strength and cutting demands, reduces construction risk and improves construction efficiency as well.

GFRP, enclosure structure, interval portal, continuous underground wall

1009-6825(2017)07-0146-02

2016-12-24

張 凱(1977- )，男，碩士，高級工程師

U455.43

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