玻璃纖維筋在武漢地鐵盾構進出洞中的應用

張美聰

摘 要：盾構進出洞是盾構施工過程中的高風險節點工程，本文以武漢地鐵紙坊線工程盾構進出洞端頭加固為例，介紹了玻璃纖維筋在武漢長江三級階地中的應用，在確保工程安全的同時帶來了良好的經濟效益，可為今后武漢地鐵或其它類似工程提供參考價值。

關鍵詞：玻璃纖維筋;地鐵;盾構;三級階地

中圖分類號：U231.3 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）10-0081-02

1 工程概況

武漢地鐵紙坊線（27號線）工程由7號線一期工程野芷湖站引出，沿文化大道、文華路自北向南走行，先后途徑洪山區、江夏大橋新區、紙坊老城區和青龍山，止于地鐵小鎮，線路長約16.97km，全線共設7座車站：新路村站、大花嶺街站、江夏客廳站、譚鑫培站、北華街站、紙坊大街站、地鐵小鎮站，其中新路村站～大花嶺街站～江夏客廳站～譚鑫培站～北華街站～紙坊大街站區間采用盾構法施工，該段線路位于武漢市江夏區。

2 地貌與地質概況

江夏區屬江漢平原向鄂南丘陵過渡地段。地形特征是中部高，西靠長江，東向湖區緩斜。

地貌按成因類型可分為三大類。堆積地形的主要表現形式是沖積平原，主要分布于區境的沿江沿湖地區。剝蝕堆積地形的主要表現形式是壟崗狀平原，主要分布于區境中部，相當于長江三級階地，高程為30～40m，高差為15～25m，坡度6～7m。構造剝蝕地形的主要表現形式是丘陵。本線新路村站～紙坊大街站段區間主要位于剝蝕堆積崗狀平原區，屬長江三級階地。

根據勘察資料，本段線路盾構進出洞端頭主要位于第四系一般黏性土、老黏土及殘坡積黏性土、強-中風化砂質泥巖、泥質砂巖或中風化灰巖地層當中。其中老黏土及殘坡積黏性土分布于基巖面上部，一般黏性土、老黏土及殘坡積黏性土透水性弱～微，地下水貧乏，為貧水單元;砂質泥巖、泥質砂巖內分布有基巖裂隙水，為弱～中等透水性，富水性差。

3 玻璃纖維筋介紹

玻璃纖維筋是指含量小于1%的無堿玻璃纖維（E-Glass）無捻粗紗或者高強玻璃纖維（S）無捻粗紗和樹脂基體（環氧樹脂、乙烯基樹脂）、固化劑等材料，通過成型固化工藝復合而成的筋材，簡稱GFRP筋[1]。GFRP筋在1942年由美國橡膠公司研制成功，1970年歐洲率先將GFRP筋應用于混凝土結構，目前作為混凝土結構配筋用的GFRP筋已經被廣泛應用的土木工程中。與鋼筋相比GFRP筋特點為[2、3]：

（1）高承載能力，抗拉能力強，桿體強度是同等直徑螺紋鋼筋的兩倍，但重量輕，密度為1.9～2.2g/cm3，約為鋼筋的1/4，便于操作;（2）彈性模量穩定、低，約為鋼筋的1/4;（3）電熱絕緣，熱膨脹系數比鋼筋更接近水泥;（4）剪切強度低，為脆性破壞;（5）無法進行除切割以外的現場加工，如焊接、彎曲等。

本設計就是利用GFRP筋抗拉強度高、性能與鋼筋類似具有與混凝土良好的連接性，同時有具有剪切強度低、脆性破壞的特點，使得盾構刀具能夠輕而易舉地把GFRP筋切成小段，而不破壞盾構刀具或者纏繞刀具。

4 進出洞端頭加固方案

在盾構進出洞時，為保持土體穩定，防止盾構機完全進入地層之前其周圍地下水和泥砂涌入，危及工作井內人員及設備安全，還會導致洞周范圍較大面積的地表下沉，影響地下管線和附近建（構）筑物的正常使用，因此，必須考慮地層條件、隧道埋深及周邊環境等因素對端頭進行相應加固處理。選擇加固措施主要考慮地層的工程地質條件和水文條件，同時考慮盾構端頭部位的埋置深度、地面施工條件等因素。常用的具體處理方法有攪拌樁、旋噴樁、注漿法、素混凝土樁（墻）、凍結法等。對砂類地層，一般采取旋噴樁或凍結法、注漿法進行加固;對粘性土及其它非砂性地層，一般采取攪拌樁、旋噴樁、凍結法進行加固;對巖石全風化或強風化地層，一般采取素混凝土樁（墻）、注漿法進行加固。

由于本段盾構區間進出洞端頭位于地質條件較好的粘土或強風化、中等風化巖層且基本沒有地下水，根據武漢地鐵前期線路類似工程經驗，此類地層條件下盾構進出洞端頭加固的主要作用是擋土、確保盾構進出洞破洞門安全。參考前期線路工程經驗，原設計采用車站圍護結構外設置2排素混凝土樁+樁間注漿加固方案;在先期車站施工過程中發現地層穩定性好且基本無地下水，其次考慮到本段區間盾構將穿越巖層，盾構機選型為復合式盾構，結合其他城市盾構進出洞掘進GFRP筋混凝土經驗，將盾構進出洞端頭加固方案進行了優化，即盾構進出洞范圍內圍護結構采用GFRP筋，取消原設計的素樁端頭加固，無須提前人工破洞門，盾構直接切削掘進通過。對比原方案和優化方案，經優化后具有以下成效：

（1）雖然GFRP筋單價較高，但由于抗拉強度高且重量輕、約為鋼筋的1/4，圍護結構采用GFRP筋成本略有增加，經測算單個盾構進出洞范圍內增加不到1萬元，圍護造價總體相當;但取消了原素樁+注漿加固，可節省經濟造價約400余萬元;（2）盾構直接切削圍護結構出洞（進洞），降低了破除洞門風險，加快了施工進度;（3）無須盾構掘進前進行破除洞門施工和端頭素樁+注漿加固施工，可節省樁基+注漿加固以及人工破除洞門范圍內鋼筋混凝土和渣土運出的工期，共計可節省工期約1個月，加快了工程進度。

本段5個區間左右線共計10次進出洞均采用玻璃纖維筋方案得以順利實施，并未發生漏水漏沙等安全風險事故，如圖1所示。

5 結語

本工程成功經驗表明，在武漢長江三級階地，盾構進出洞取消端頭加固，工作井盾構范圍內圍護結構采用玻璃纖維筋，盾構直接切削掘進通過是完全可行的，且具有明顯的安全與經濟效益，經測算在武漢地鐵紙坊線工程中節省造價約400余萬，在減少工程風險、降低工程造價、加快施工進度等方面具有一定的優勢，值得推廣，可為今后武漢地鐵或其它類似工程提供參考。

參考文獻

[1] 中華人民共和國國家標準.CJJ/T 192-2012盾構可切削混凝土配筋技術規程[S].北京：中國建筑工程出版社，2012.

[2] 徐澤.GFRP筋在成都地鐵工程的應用[J].安徽建筑，2010，17（1）：78-79.

[3] 焦其柱.盾構直接切削圍護墻的設計探討[J].現代隧道技術，2007，44（4）：20-23.