玻璃纖維筋在地鐵工程盾構穿越圍護結構中的應用

郭翼民

上海市建設工程監理咨詢有限公司 上海 200080

目前盾構在穿越鋼筋混凝土地下連續墻時，一般的施工方法是在穿越前對鋼筋混凝土結構體進行部分鑿除，此方法降低工效、增加成本，施工過程中存在很大的安全隱患，但當盾構穿越的圍護結構采用了玻璃纖維筋時，這一問題可得到有效緩解。玻璃纖維筋作為新型材料在我國工程實踐中的覆蓋率并不高，對其介紹有限。本文結合玻璃纖維筋在天津地鐵4號線東興路站中的應用，對其材料特性、施工工藝以及監理的施工質量控制及驗收標準進行介紹[1-2]。

1 工程概況

天津地鐵4號線東興路站位于萬辛莊南街與津濱大道交口北側，沿津濱大道東西向設置。該車站采用雙層島式站臺，站臺寬14 m，左右線間距為17 m，有效站臺長158 m。標準段主體結構采用兩柱三跨雙層框架結構，縱向柱距為9.75 m，主體結構標準段箱體寬22.7 m。本站與軌交12號線東興路站通道換乘，軌交12號線盾構下穿4號線車站，4號線東興路站施工時須為軌交12號線盾構下穿做預留條件。

本站圍護結構采用地下連續墻加內支撐形式，地下連續墻共94幅，有82幅地下連續墻鋼筋骨架采用普通鋼筋，位于標準段，在軌交12號線盾構下穿本站區域范圍內的12幅地下連續墻，上部正常采用普通鋼筋，下部在下穿區域采用玻璃纖維筋。玻璃纖維筋豎向范圍在標高－28.8～－13.3 m內，豎向長度15.5 m。

2 玻璃纖維筋材料特點

1）質量。玻璃纖維筋質量輕，僅為相同體積鋼筋質量的1/4，有效減輕了結構自重。

2）強度。JG/T 406—2013《土木工程用玻璃纖維增強筋》中玻璃纖維筋抗拉性能測試方法證明，與同等要求的普通鋼筋相比較，玻璃纖維筋的抗拉強度要比普通鋼筋強1/5，其抗拉強度接近高強鋼材，但其抗剪強度卻較低。

3）熱膨脹系數。玻璃纖維筋的熱膨脹系數與混凝土相近，在環境溫度發生變化時，玻璃纖維筋與混凝土能協同工作，兩者不會產生大的溫度應力。

4）彈性模量。玻璃纖維筋中纖維含量通常為70%～80%，彈性模量約為普通鋼筋的1/4。

5）抗腐蝕。玻璃纖維筋對氯離子、抗碳化合物的腐蝕性不敏感，適用于地鐵圍護結構等潮濕環境中。

6）承載力。玻璃纖維筋的桿體強度是同等直徑螺紋鋼筋的2倍。根據相關規范驗算，當混凝土構件其余參數不變時，鋼筋的抗拉強度越高，其構件承載能力越強。

3 玻璃纖維筋圍護結構的優點

玻璃纖維筋與混凝土能夠很好地黏結，施工成的圍護結構具有低抗剪強度、高抗拉強度的特征，盾構機易對其進行磨削破碎、刀盤切割，極大地優化了盾構穿越圍護結構的過程，因此地鐵圍護結構中采用玻璃纖維筋代替普通鋼筋，可減少人工鑿除混凝土、切割鋼筋的工作量，降低盾構刀盤的切割損耗，提升盾構穿越地下連續墻等圍護結構的效率，既提升施工安全性，又節約工期、降低成本。

4 東興路站圍護結構中玻璃纖維筋的應用

4.1 玻璃纖維筋鋼筋籠的制作區域

東興路站地下連續墻鋼筋籠在軌交12號線盾構下穿部位采用玻璃纖維筋（圖1），玻璃纖維筋豎向長15.5 m，共12幅墻，并與地下連續墻普通鋼筋的主筋通過螺栓進行搭接。玻璃纖維筋的主筋在地下連續墻內、外側均采用φ28 mm@100 mm，箍筋采用φ14 mm@300 mm×400 mm，水平分布筋仍采用φ20 mm@200 mm。玻璃纖維筋的錨固長度和搭接長度不宜小于現行國家標準GB 50010—2010《混凝土結構設計規范》（2015版）中規定的同直徑熱軋帶肋鋼筋錨固長度和搭接長度的1.25倍，且不應小于40d（d為玻璃纖維筋主筋直徑）。

圖1 圍護結構中玻璃纖維筋的應用范圍

4.2 玻璃纖維筋鋼筋籠的制作與安裝方法

東興路站盾構下穿槽段的地下連續墻鋼筋籠整體分2段（普通鋼筋段、玻璃纖維筋段）逐步制作，每段鋼筋籠的各種主筋均采用閃光對焊連接，2段交接的主筋（除縱向桁架采用搭接焊）采用U形卡扣連接，鋼筋籠內的縱向桁架設置4榀，橫向桁架每5 m設1道，共4道。

1）上端普通鋼筋籠從地下連續墻的冠梁頂面起，往下13.3 m止，構件的各種鋼筋型號、間距、根數嚴格按照圖紙加工制作，并嚴格執行相關規范。

2）下端玻璃纖維筋從地下連續墻的冠梁頂面往下13.3 m起，至28.8 m為止，全長15.5 m，與上端普通鋼筋籠的各種主筋采用鋼制U形卡扣連接，U形卡扣應與主筋直徑相適應，普通鋼筋貼于U形卡扣內側，玻璃纖維筋貼于外側，連接長度不小于40d，且U形卡扣不少于2個（圖2）。結合現場玻璃纖維筋鋼筋籠的吊裝工藝及保護措施，玻璃纖維筋與普通鋼筋可不考慮錯開搭接[3-5]。

圖2 玻璃纖維筋與普通鋼筋搭接示意

3）玻璃纖維筋主筋與分布筋采用14#鍍鋅鐵絲雙向雙絲100%綁扎，各種玻璃纖維筋在組成構件時也采用現場雙向雙絲綁扎連接。

4）由于玻璃纖維筋抗剪能力較差，故玻璃纖維筋區縱向桁架、橫向桁架仍采用普通鋼筋，吊點設置在普通鋼筋所在的桁架上；普通鋼筋桁架與玻璃纖維筋結點采用鍍鋅鐵絲100%綁扎。

5）橫向桁架按照5 m間距設1道進行布置，桁架蛇形筋采用φ22 mm三級鋼筋，十字交叉布置，預留出導管位置；縱向桁架按照圖紙要求的數量進行布置。

5 玻璃纖維筋圍護結構施工中的監理控制要點

5.1 玻璃纖維筋材料質量控制

1）對于進場玻璃纖維筋，應檢查其是否有產品合格證，參照大樣圖對各成型纖維筋尺寸、外觀質量進行嚴格檢查，嚴禁發生結疤、裂縫以及纖維露出等現象，各項條件均合格后方可同意進場，并做見證取樣進行復試，復試合格后方可投入使用。

2）玻璃纖維筋在場地內裝卸和運輸的過程中必須輕拿輕放，不應進行拋擲和撞擊。

3）為保持玻璃纖維筋清潔，可將其放在墊木上，且水平放置，嚴禁直接放在地上，遠離高溫、紫外線和化學物質。

4）安裝過程中玻璃纖維筋如果被其他物質造成一定的表面污染，則在混凝土結構使用前應將其擦拭干凈，否則會影響其黏結效果。

5.2 玻璃纖維筋鋼筋籠安裝質量控制

1）鋼筋籠質量控制嚴格按照地下連續墻鋼筋籠制作的“六大工序驗收”進行，即“鋼筋加工成品驗收”“下排鋼筋驗收”“桁架驗收”“上排鋼筋驗收”“預埋件、附件驗收”“鋼筋籠整體驗收”。先由施工單位質檢人員對其進行檢查驗收，自檢合格后，由監理工程師再對其進行質量檢查驗收，驗收合格后方可進行起吊工作。

2）監理應重點控制鋼筋籠焊接質量，其施工必須嚴格按設計圖進行，保證焊接焊縫長度、焊縫質量。鋼筋焊接質量應符合設計要求，吊攀、吊點加強處須滿焊，主筋與水平筋采用點焊連接，內部交點50%點焊，鋼筋籠四周的縱向鋼筋與水平分布筋必須100%點焊，并嚴格控制焊接質量。

3）鋼筋籠制作與安裝過程中，嚴格控制鋼筋籠預埋件標高。

4）玻璃纖維筋加工要求按照鋼筋大樣進行，保證其與放樣尺寸一致，綁扎前檢查定型玻璃纖維筋成型質量，玻璃纖維筋綁扎要求4絲十字扣，并增加與桁架連接的綁扎點。

5）重點控制玻璃纖維筋鋼筋籠卡扣的連接接頭質量，玻璃纖維筋與普通鋼筋主筋搭接長度應達到設計要求的40d，卡扣的數量應滿足每個接頭不少于2個的要求（圖3）。

圖3 鋼筋籠U形卡扣連接接頭

5.3 玻璃纖維筋鋼筋籠吊裝、入槽控制要點

5.3.1 鋼筋籠起吊前驗收

東興路站玻璃纖維筋鋼筋籠采用主副吊配合抬吊的方式進行起吊，設置5排2列，共10個吊點。所有鋼筋籠采用整體加工制作，一次吊裝入槽。其中主吊3排6個吊點，副吊2排4個吊點。鋼筋籠起吊前，先由分包隊伍對吊車自身、鋼絲繩編花長度和型號、鋼絲繩斷絲情況、卸扣裂縫情況、扁擔尺寸、滑輪型號等內容進行自檢，自檢合格后報項目專業人員檢查，檢查合格后由監理工程師進行驗收，驗收合格后方可起吊。

5.3.2 鋼筋籠吊裝、入槽過程控制要點

1）主要觀察鋼筋籠吊點、桁架等關鍵部位是否有開焊現象，以及鋼筋籠整體剛度、變形情況。

2）由于玻璃纖維筋鋼筋籠自身質量較輕，入槽后泥漿浮力較大，導致下放困難，故嚴禁施工隊強行入槽。

3）在鋼筋籠下放入槽過程中，將玻璃纖維筋區域內的普通鋼筋割除，保證盾構區域在吊裝完成后不出現鋼筋等鋼材，以免影響軌交12號線盾構穿越，造成事故。

4）玻璃纖維筋范圍內普通鋼筋切割的注意事項如下：

① 鋼筋籠入槽前，先切割籠底5 m范圍內的桁架，玻璃纖維筋段水平、縱向桁架筋及吊點鋼筋應切除干凈。

② 切割桁架筋時，采用厚1 mm鋼板對玻璃纖維筋進行保護，防止受損，切割桁架筋一定要快，防止成槽時間太長，引起坍孔。

③ 切割按照先桁架筋、后主筋的順序進行，盡量將鋼筋以直線段切出。

④ 切割長度應小于50 cm，以便于將鋼筋拿出。

⑤ 切割時注意火焰，嚴禁燒傷玻璃纖維筋。

6 結語

為給遠期線路盾構穿越預留條件，天津地鐵4號線東興路站應用玻璃纖維筋作為圍護結構，證明將玻璃纖維筋代替普通鋼筋作為圍護結構鋼筋籠的工藝、控制標準能滿足盾構穿越的相關要求，既節省了人力、材料和機械等成本，又縮短了鋼筋籠加工、制作和安裝，以及盾構穿越圍護結構的時間，大幅提升了工效，并且增加了盾構貫穿圍護結構時的安全性。