探究FRP在地鐵工程中的應(yīng)用

楊亮　高海鷹

摘 要：FRP新型復(fù)合材料相較于傳統(tǒng)材料所顯現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)在特殊工程領(lǐng)域，尤其是地下環(huán)境復(fù)雜的地鐵工程領(lǐng)域中，有很好的潛力及應(yīng)用前景。本文結(jié)合FRP復(fù)合材料的優(yōu)點(diǎn)，探究其在地鐵工程中的實(shí)際應(yīng)用情況。

關(guān)鍵詞：FRP 地鐵工程

一、前言

纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（Fiber Reinforced Polymer），簡(jiǎn)稱FRP，是由纖維材料和基體材料按一定比例混合并經(jīng)過(guò)特殊工藝復(fù)合而形成的高性能材料。FRP在土木工程中的產(chǎn)品形式多種多樣[2]，主要有FRP片材、FRP筋、FRP網(wǎng)格材、FRP型材，如圖1所示。相對(duì)傳統(tǒng)材料其具有非常高的強(qiáng)度對(duì)重量比、剛度對(duì)重量比，因此廣泛應(yīng)用在航空、航天等要求輕質(zhì)高強(qiáng)結(jié)構(gòu)的領(lǐng)域，此外復(fù)合材料因其具有抗腐蝕、耐久性好等優(yōu)點(diǎn)，未來(lái)在海洋工程、水下工程及地下工程將有很廣闊的應(yīng)用前景及使用價(jià)值。

二、地鐵隧道加固

東南大學(xué)曾對(duì)既有隧道使用過(guò)程中開裂破損等工況進(jìn)行模型，通過(guò)粘貼FRP網(wǎng)格錨固以提高結(jié)構(gòu)縱向抗彎承載力。結(jié)果顯示，相較于未加固模型，整個(gè)彈性階段剛度提高20%左右；同時(shí)環(huán)縫處為應(yīng)變集中段，當(dāng)環(huán)縫出現(xiàn)裂縫，網(wǎng)格開始發(fā)揮作用，為被動(dòng)加固，但對(duì)隧道結(jié)構(gòu)整體，環(huán)縫開裂不代表隧道結(jié)構(gòu)破壞，此時(shí)網(wǎng)格發(fā)揮作用，對(duì)隧道整體來(lái)說(shuō)為主動(dòng)加固。如圖2所示。

三、盾構(gòu)

在地鐵區(qū)間施工中，盾構(gòu)掘進(jìn)因其安全可靠、適用性強(qiáng)、對(duì)地面干擾少等優(yōu)點(diǎn)被大力推廣。

刀盤和刀具是盾構(gòu)的核心之一，直接影響到盾構(gòu)機(jī)的切削效果、出土狀況和掘進(jìn)速度。盾構(gòu)始發(fā)初期，盾構(gòu)機(jī)無(wú)法直接開挖鋼筋混凝土墻體或圍護(hù)樁結(jié)構(gòu)，墻體中的鋼筋必須由人工排除，以防對(duì)刀盤刀具造成嚴(yán)重?fù)p壞，從而影響施工效果，這期間需要耗費(fèi)大量時(shí)間，人力，物力，采用FRP筋可以允許盾構(gòu)機(jī)直接開挖，而不用預(yù)先排除鋼筋。如圖3所示

四、地鐵車站結(jié)構(gòu)

地鐵車站建設(shè)過(guò)程中，大量使用的仍是傳統(tǒng)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，因地下復(fù)雜的環(huán)境因素，混凝土結(jié)構(gòu)耐久性、承載力承受很大考驗(yàn)，即使做了嚴(yán)密的防水防銹措施，也極易出現(xiàn)鋼筋銹蝕，影響結(jié)構(gòu)整體性，造成嚴(yán)重后果。FRP網(wǎng)格材代替鋼筋作為增強(qiáng)材料是一種可行的辦法，成為FRP網(wǎng)格材組合結(jié)構(gòu)，且FRP網(wǎng)格材具有輕質(zhì)、高強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。如圖4所示

結(jié) 語(yǔ)

隨著社會(huì)發(fā)展及技術(shù)進(jìn)步，各國(guó)對(duì)土木工程的要求越來(lái)越高，這導(dǎo)致傳統(tǒng)的建筑材料在有些條件下無(wú)法適應(yīng)發(fā)展需求，F(xiàn)RP復(fù)合材料相較于傳統(tǒng)材料顯現(xiàn)出的諸多優(yōu)點(diǎn)在許多重大工程尤其是特殊環(huán)境領(lǐng)域的工程中，體現(xiàn)出很大的優(yōu)勢(shì)，如果能充分的將FRP復(fù)合材料與傳統(tǒng)材料結(jié)合起來(lái)，對(duì)工程技術(shù)的發(fā)展將起到有力的推動(dòng)作用。本文探究了FRP復(fù)合材料在地鐵工程領(lǐng)域的應(yīng)用，但就目前的FRP應(yīng)用理論來(lái)說(shuō)，還不十分成熟，尤其在地鐵方面應(yīng)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(shí)筆者對(duì)FRP復(fù)合材料在地鐵中的應(yīng)用提出以下幾點(diǎn)希望：

1、FRP成本過(guò)高，可以考慮在地鐵車站結(jié)構(gòu)迎土面采用FRP筋混凝土組合結(jié)構(gòu)，從而有效緩解傳統(tǒng)的鋼筋銹蝕問(wèn)題，大大提高結(jié)構(gòu)整體安全及耐久性；

2、將FRP材料盡快國(guó)產(chǎn)化，工廠化及規(guī)模化，降低成本，廣泛應(yīng)用到工程領(lǐng)域當(dāng)中，尤其是地下環(huán)境復(fù)雜的地鐵等領(lǐng)域；

3、車站結(jié)構(gòu)最不利受力點(diǎn)及盾構(gòu)區(qū)間環(huán)形縫處可以考慮采用FRP進(jìn)行加固，有利于結(jié)構(gòu)的完整性，保障后期運(yùn)營(yíng)更加安全。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王淑瑩，陶津等.FRP網(wǎng)格加固隧道結(jié)構(gòu)縱向性能試驗(yàn)研究.

[2] 葉列平，馮鵬.FRP在工程結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用與發(fā)展[J]，土木工程學(xué)報(bào)，2016，39（3）：24-36