探究FRP在地鐵工程中的應用

楊亮　高海鷹

摘 要：FRP新型復合材料相較于傳統材料所顯現的優點在特殊工程領域，尤其是地下環境復雜的地鐵工程領域中，有很好的潛力及應用前景。本文結合FRP復合材料的優點，探究其在地鐵工程中的實際應用情況。

關鍵詞：FRP 地鐵工程

一、前言

纖維增強復合材料（Fiber Reinforced Polymer），簡稱FRP，是由纖維材料和基體材料按一定比例混合并經過特殊工藝復合而形成的高性能材料。FRP在土木工程中的產品形式多種多樣[2]，主要有FRP片材、FRP筋、FRP網格材、FRP型材，如圖1所示。相對傳統材料其具有非常高的強度對重量比、剛度對重量比，因此廣泛應用在航空、航天等要求輕質高強結構的領域，此外復合材料因其具有抗腐蝕、耐久性好等優點，未來在海洋工程、水下工程及地下工程將有很廣闊的應用前景及使用價值。

二、地鐵隧道加固

東南大學曾對既有隧道使用過程中開裂破損等工況進行模型，通過粘貼FRP網格錨固以提高結構縱向抗彎承載力。結果顯示，相較于未加固模型，整個彈性階段剛度提高20%左右；同時環縫處為應變集中段，當環縫出現裂縫，網格開始發揮作用，為被動加固，但對隧道結構整體，環縫開裂不代表隧道結構破壞，此時網格發揮作用，對隧道整體來說為主動加固。如圖2所示。

三、盾構

在地鐵區間施工中，盾構掘進因其安全可靠、適用性強、對地面干擾少等優點被大力推廣。

刀盤和刀具是盾構的核心之一，直接影響到盾構機的切削效果、出土狀況和掘進速度。盾構始發初期，盾構機無法直接開挖鋼筋混凝土墻體或圍護樁結構，墻體中的鋼筋必須由人工排除，以防對刀盤刀具造成嚴重損壞，從而影響施工效果，這期間需要耗費大量時間，人力，物力，采用FRP筋可以允許盾構機直接開挖，而不用預先排除鋼筋。如圖3所示

四、地鐵車站結構

地鐵車站建設過程中，大量使用的仍是傳統的鋼筋混凝土結構，因地下復雜的環境因素，混凝土結構耐久性、承載力承受很大考驗，即使做了嚴密的防水防銹措施，也極易出現鋼筋銹蝕，影響結構整體性，造成嚴重后果。FRP網格材代替鋼筋作為增強材料是一種可行的辦法，成為FRP網格材組合結構，且FRP網格材具有輕質、高強等優點。如圖4所示

結 語

隨著社會發展及技術進步，各國對土木工程的要求越來越高，這導致傳統的建筑材料在有些條件下無法適應發展需求，FRP復合材料相較于傳統材料顯現出的諸多優點在許多重大工程尤其是特殊環境領域的工程中，體現出很大的優勢，如果能充分的將FRP復合材料與傳統材料結合起來，對工程技術的發展將起到有力的推動作用。本文探究了FRP復合材料在地鐵工程領域的應用，但就目前的FRP應用理論來說，還不十分成熟，尤其在地鐵方面應用還是很少，這為以后解決地鐵工程難題提供了新思路，新途徑。同時筆者對FRP復合材料在地鐵中的應用提出以下幾點希望：

1、FRP成本過高，可以考慮在地鐵車站結構迎土面采用FRP筋混凝土組合結構，從而有效緩解傳統的鋼筋銹蝕問題，大大提高結構整體安全及耐久性；

2、將FRP材料盡快國產化，工廠化及規模化，降低成本，廣泛應用到工程領域當中，尤其是地下環境復雜的地鐵等領域；

3、車站結構最不利受力點及盾構區間環形縫處可以考慮采用FRP進行加固，有利于結構的完整性，保障后期運營更加安全。

參考文獻：

[1] 王淑瑩，陶津等.FRP網格加固隧道結構縱向性能試驗研究.

[2] 葉列平，馮鵬.FRP在工程結構中的應用與發展[J]，土木工程學報，2016，39（3）：24-36