盾構始發穿越玻璃纖維筋圍護樁施工技術淺析

張士民

（中鐵上海工程局集團市政環保工程有限公司，上海 200436）

城市地鐵工程地下連續墻的盾構進出洞位置采用GFRP 筋代替鋼筋，在盾構始發接收時可以直接切削圍護墻掘進，避免了事前混凝鑿除與切斷鋼筋的工序，簡化了施工工序、加快了施工進度、降低了施工風險、降低了圍護墻前地層加固范圍和止水要求，節約成本，地連墻中玻璃纖維施工技術已趨于成熟階段，保證了施工的安全性和穩定性。

圍護結構地連墻是一完整的平面結構，通過刀盤刀具選型配置及相應施工措施，可以較好地完成切削作業。而沈陽地鐵基本采取鉆孔灌注樁圍護結構，與地連墻有著本質的差別，本文就盾構始發穿越GFRP筋圍護樁做出一定的施工技術總結。

1 鉆孔灌注樁結構型式

沈陽地鐵車站明挖基坑的圍護結構采用鉆孔灌注樁+內支撐的支護型式，標準段?800@1200，盾構井段?800@1000/1100，樁間掛網噴射混凝土封閉，降水采用坑外管井方案。鉆孔灌注樁鋼筋籠主筋為20 根?25mm 環向均勻布置、加勁箍為?18@1500、螺旋箍筋?10@100/150，水下C30 混凝土。

如盾構始發不考慮圍護樁破除，刀盤直接切削穿越，則利用玻璃纖維筋高抗拉強度、低抗剪強度的特性，以玻璃纖維筋替代盾構施工影響范圍內的鋼筋，盾構通過時直接切削，減少人工拆除洞門連續墻及鋼筋工序，有效地消除這個過程中的安全隱患。洞門范圍內圍護樁采用GFRP 筋結構，即外徑6.2m 隧道洞門范圍內7 根圍護樁設置為GFRP 筋結構，單根樁GFRP 筋布置：隧道結構上下≮1.0m、20 根?28mm 環向均勻布置、加勁箍?20@2000、螺旋箍筋?12@100、水下C30 混凝土。

2 盾構磨削GFRP筋圍護樁案例分析

2.1 成功案例簡述

沈陽地鐵4 號線皇寺路站-沈陽北站區間、皇寺路站-市府大道站區間盾構（土壓平衡式）始發采用的盾構磨削GFRP 筋圍護樁施工方法，通過適當降水、洞門安裝鋼套環（鋼套環內安裝2 道加長尾刷密封）、刀具加強配置等措施，刀盤頂樁后緩慢磨削，較為順利地完成始發掘進。刀盤對圍護樁的磨削破碎，無大塊混凝土塊，但仍發生渣土積倉、螺旋輸送機卡阻不良現象，通過渣土置換等方式很快解決問題，后期整個區間盾構推進再無由此引發的不良狀況出現。

2.2 失敗案例簡述

沈陽地鐵3 號線千島湖街站-南陽湖街站區間右線由于地層滯水原因，洞門底部以上1.0m偏右處有一股水流，無法做到始發前洞門破除無水作業，前期圍護結構施工時洞門范圍內采用GFRP 筋，因此，采取盾構（土壓平衡式）磨削GFRP 筋圍護樁施工方法。始發后盾構推進參數不理想，總推力偏大、推進速度偏低、螺旋機卡阻等不良現象，通過渣土置換、螺旋機清理等簡單措施，施工情況未得到改善，推進至21 環時，出現“推力大、扭矩大、無速度”不良狀況。通過地面開挖檢修井，發現刀盤倉內存有大量混凝土塊、玻璃纖維筋以及刀盤粘結泥餅現象（圖1）。經統計，倉內大塊混凝土情況如下：直徑＞500mm 混凝土塊9 塊、直徑300～500mm 混凝土塊60 塊、直徑200～300mm 混凝土塊350 塊。

圖1 刀盤倉積渣及混凝土塊

2.3 兩案例施工參數與措施對照

同樣的GFRP 筋圍護樁、類似設備以及差別不大的處理措施，造成截然不同的效果，上述兩案例施工參數與施工措施對照情況如表1 所示。

表1 兩案例施工參數與施工措施對照情況

2.4 失敗案例原因分析

1）刀盤磨削圍護樁時推進速度偏大、刀盤轉速偏慢。圍護樁為C30 混凝土結構，且間隔布置，如刀盤轉速過快、推進速度偏大極易造成刀具損壞，但選擇0.5r/min 的刀盤轉速，在總推力偏低、刀盤倉空倉的情況下，推進速度輕易提升，造成大塊混凝土掉落，在土倉內不宜排出。

2）圍護樁破除造成樁間土掉落。圍護樁破除50%時，造成了樁間土的掉落、樁與樁的相互獨立，且刀盤碰觸樁時的接觸面不平整，易造成樁局部大塊受切削掉落，在土倉內不宜排出。

3）圍護樁磨削完成后，長時間在無水砂卵石地層推進，且渣土改良措施不到位。礫砂、圓礫地層中孔隙較大，刀盤倉內渣土改良劑泡沫劑滲流較快，渣土易失水固結；聚合物溶液本身穩定性較好，但在摻入到渣土中后性能隨時間衰解較為明顯，一般維持在1～2h，不適合長時間停機前使用，且在改良渣土過程中較易出現泌水現象。渣土自身改良效果不良，極易發生離析積倉現象，無法將混凝土塊排出。

4）刀盤倉未進行填倉。如采用新型厚漿漿液材料在刀盤磨削圍護樁前將刀盤倉填滿，并保持一定的土壓力，則圍護樁不易剝落大塊混凝土，可以較為容易排出。

3 盾構磨削GFRP筋圍護樁始發要求與措施

1）樁間土網噴支護 盾構切割區域內的樁間網采用玻璃纖維筋網片，其與其他區域范圍的鋼筋網片綁扎搭接，搭接長度不小于一個網格長度。網片宜設置?25 水平加強玻璃纖維筋，豎向間距1m，與網片綁扎。掛網前應修整樁間土壁，樁身清理滿足噴射混凝土厚度要求。

2）洞門鋼套環 盾構吊裝下井前測量復核工作，包括始發井井位標高核坐標、洞門預埋鋼環以及分析是否需增加洞門鋼套環，并保證盾構始發時止水簾布與刀盤的縱向安全距離≮200mm。車站結構墻厚度700mm，刀盤長度（如有中心魚尾刀）約900mm，刀盤頂樁后，且始發時洞門止水簾布伸入洞門約400mm，為保證止水簾布與刀盤的縱向安全距離≮200mm，則須安裝洞門鋼套環，可在刀盤頂樁后立即形成密封土倉和建立切口壓力，以正常掘進的形式完成始發，為盾構始發提供有力安全保證，但切口壓力不宜過大，以防對止水簾布造成過大的沖擊壓力。

3）刀盤倉填倉 刀盤頂樁后采取填倉措施，即刀盤倉內注滿新型厚漿。新型厚漿漿液材料由消石灰、粉煤灰、中細沙、膨潤土、水、添加劑等攪拌而成，其性能要求：具有良好的長期穩定性及流動性，并能保證適當的初凝時間；具有良好的充填性能；具有大比重、低稠度、高剪切性能特點，同時兼顧材料的保水、抗稀釋性能。

4）推進參數控制 盾構始發磨削GFRP 筋圍護樁的施工參數應量化控制?？偼屏Γ簡挝幻娣e推力不宜大于300kN，即開挖直徑6 460mm的盾構總推力不宜大于828kN，與正常始發的控制參數基本一致。刀盤轉速與推進速度：刀盤磨削GFRP 筋圍護樁采用碾壓、慢磨的切割方式使玻璃纖維筋及混凝土破碎，刀盤轉速控制1.0r/min，推進速度控制在2～5mm/min。

5）帶式螺旋輸送機 土壓平衡式盾構的螺旋輸送機根據螺桿結構型式分為有軸式螺桿、帶式螺桿等。有軸式螺桿是螺旋葉片纏繞在中間的軸上，止水性好，排渣時允許通過的粒徑略??；帶式螺桿是螺旋葉片呈帶狀，中間沒有螺桿軸，排渣時允許通過的粒徑略大，但止水性略差，由于其結構偏弱，因此不能通過反轉脫困以免造成葉片扭壞。因此，為保證大粒徑渣土順利排出，可優先選用帶式螺旋輸送機，但需充分考慮其局限性、扭矩及區間地質因素，分析是否選用帶式螺旋輸送機。

6）渣土改良 盾構始發階段局部降水，改變了地下水的原始狀態，刀盤開挖的渣土含水量偏少，渣土改良建議使用泡沫劑+膨化的膨潤土，改變渣土的塑流性，將渣土順利排出，推進過程中，將刀盤扭矩控制在3 000kNm 以下；停機時需要將刀盤倉內渣土攪拌均勻，扭矩降低至500kNm 以下，防止渣土離析積倉。

7）洞門封堵 待盾尾離開洞門預埋鋼環約200mm，推進過程同步注漿作業（一般在推進+2環開始，防止漿液前竄至盾尾外）；待盾尾離開洞門預埋鋼環5 環，開始洞門封堵注漿。洞門封堵注漿采用水泥-水玻璃雙液漿，特別注意不能停機注漿，防止漿液前竄包裹盾尾?？焖俣撮T封堵的目的是停止降水作業，有利渣土改良效果。

8）排渣異常的應急處理 如刀盤磨削圍護樁產生的混凝土塊不能及時排除，在刀盤倉內積渣造成螺旋輸送機排渣不暢，需快速采取措施應急處理。拌制高濃度膨潤土（膨化完全、稠度120～150s）對刀盤倉內渣土置換。

4 結語

沈陽地鐵盾構施工一般采取降水+維護樁破除的常規始發方式，隨著施工環境復雜性、地質條件的變化等因素，越來越多的項目采用刀盤磨削GFRP 筋圍護樁始發的方式，本文通過成功案例、失敗案例，對始發過程中的風險因素進行分析，并總結施工要求及相關技術措施，將經驗分享給大家，希望可以為后續施工生產提供幫助。O