玻璃纤维筋在地铁盾构施工中的应用分析

王德林

（中铁十九局集团轨道交通工程有限公司，北京 101300）

0 引言

玻璃纤维筋（Glass Fiber Reinforced Polymer，GFRP）以高强玻璃纤维为增强材料，以合成树脂为基体材料，并掺入适量固化剂等辅助剂，采用复合成型工艺所形成的复合材料。在力学性能方面能承受较大的拉应力，因其为复合材料的原因，其结合能力强，具有较强的可模性，在施工中有广泛的应用前景。蒋小锐[1]以深圳地铁大学城站实际工程为研究背景，研究了玻璃纤维筋的设计原则、材料性能及其在本工程的实际运用。王光辉[2]研究了玻璃纤维筋的施工工艺，并对盾构始发与接收的风控进行研究。刘小东[3]以长春地铁为依托，分析了玻璃纤维筋材料力学性能与其在实际工程中的运用。于学义[4]对玻璃纤维筋在地铁车站地下连续墙钢筋笼中的应用进行了研究，大大降低了盾构进出洞施工时施工的风险，在提高施工效率的同时，赢得了良好的社会效应和经济效益。李飞、钟志全[5]和柳林[6]对城市轨道交通盾构始发车站基坑维护结构中使用玻璃纤维筋桩的不同工况进行研究，并得到地表位移的一些普适性规律。

1 工程概况

1.1 工程概况

广州地铁四号线南延段塘坑站，车站为岛式站台，地下两层车站，车站围护结构采用800 mm地下连续墙宽，地下连续墙间采用工字钢接头。

围护结构地下连续墙标准段采用传统的钢筋笼，车站两端盾构始发与接收两端范围内均采用玻璃纤维筋，使用的玻璃纤维筋的型号比原钢筋的型号大一型号，玻璃纤维筋与钢筋搭接≥500 mm。

1.2 工程地质与水文地质

1.2.1 工程地质

根据地勘资料可知，基坑范围各土、岩层从上到下主要有<1>人工填土层、<2-1A>淤泥层、<2-2>淤泥质粉细砂层、<2-4>黏性土层、<4N-2>可塑状粉质粘土、<5H-2>硬塑状砂质黏性土层、<6H>混合花岗岩全风化带、<7H>混合花岗岩强风化带，基底主要位于<5H-2>、<4N-2>地层中，连续墙脚趾主要位于<6H>、<7H>地层中。

1.2.2 水文地质

研究区域地下水为潜水或承压水。主要含水层为第四系海陆交互相沉积砂层<2-2>、<2-3>及冲-洪积砂层<3-1>、<3-2>。从地质剖面图来看，冲洪积砂层之间的连通性大多不良。地下水对建筑结构主体及围护结构具有一定的腐蚀性。

2 玻璃纤维筋在连续墙施工中的配筋设计

广州地铁四号线南延段塘坑站围护结构采用800 mm厚连续墙，为确保盾构始发与接收时盾构隧道周边围护结构的稳定性，降低施工风险，在盾构隧道的端头分别设置两幅用玻璃纤维筋代替普通钢筋的地下连续墙。在正对盾构机刀盘中心位置7.4 m×7.4 m的范围内配置玻璃纤维筋。

依据现场地质情况及实际施工技术手段，施工所使用玻璃纤维筋代替钢筋，因为玻璃纤维筋具有高承载能力，抗拉能力强，杆体强度是同等直径螺纹钢筋的两倍，但质量只有钢筋的1/4；弹模稳定，约为钢筋的1/3～2/5；具体性能见玻璃纤维筋强度参数表1。

（1）普通钢筋与玻璃纤维筋采用搭接方式，其搭接长度≥50 d，玻璃纤维筋的水平筋与主筋、箍筋之间的钢筋连接则采用绑扎方式，主筋之间的连接则采用U形螺栓，允许误差±100 mm。

表1 玻璃纤维筋强度参数

（2）要确保玻璃纤维筋质量，使用前要仔细检查其表面未有纤维露出、结疤与裂纹等缺陷，其缺陷高度和深度不大于其布置部位尺寸容许偏差。

3 玻璃纤维筋工艺及盾构施工对比

3.1 施工要求

（1）采用玻璃纤维筋制作的钢筋笼在施工现场需放置于方木支撑或工字形槽钢上进行施工绑扎，需避免玻璃纤维筋与地面直接接触。

（2）对已进行加热固化的玻璃纤维筋，在现场严格禁止再进行冷弯加工处理。

（3）施工时，需确保玻璃纤维筋表面缠绕成形，缠绕深度≤1 mm，有利于增大混凝土与玻璃纤维筋与间的粘结力，同时对其表面采用喷砂处理工艺，可以增大其与混凝土之间的有效连接。

（4）玻璃纤维筋中的玻璃纤维应使用含碱量<0.8%的高强耐碱玻璃纤维或高强无碱玻璃纤维，不得使用高、中碱玻璃纤维；施工中所采用的玻璃纤维，其体积含量应>50 %。

3.2 钢筋笼吊装

（1）地连墙采用2台吊车起吊，根据工程实际，设置10个吊点，主机设置4个吊点，辅助副机设置4个吊点，顶头设置2个吊点。玻璃纤维筋与钢筋的连接处须设置起吊点。

（2）为确保施工安全，现场正式起吊前，需进行试吊。试吊时，如组合钢筋笼变形较大，应立即停止试吊，同时根据实际变形情况进行加固并重新设置吊点位置，待验收合格后再重新安排起吊。

（3）组合钢筋笼吊装过程中，主吊与副吊平行停放于施工便道的一侧，双机共同作业时，为保证平衡可设置铁扁担穿滑轮组进行辅助起吊。利用主吊吊车将组合钢筋笼移至已挖好槽段处，缓慢入槽。组合钢筋笼下放到设计标高。

（4）吊装结束后，需及时对组合钢筋笼高程偏差与入槽定位的平面位置进行校核，并通过调整高程与位置，使组合钢筋笼吊装位置符合设计要求。

3.3 盾构机掘进与洞门破除风险对比

玻璃纤维筋构成的围护结构，盾构机可以直接掘进，由刀盘转动来切削玻璃纤维筋。并在盾构施工时，配给洞门延长钢环等相应处理措施，可避免使用普通钢筋构成的围护结构破除过程中掌子面暴露时间过长，引起涌泥和涌水、地面塌陷等不利影响。

反之，如果使用普通钢筋构成的围护结构就要采用将其洞门内混凝土破除，切割围护结构的钢筋后，再进行盾构机掘进。

采用洞门破除的方法会出现以下风险：

（1）洞门破除容易引起围护结构墙壁出现涌泥砂通道。

（2）洞门破除施工需要将>250 mm的砼块以及钢筋都必须取出，割除多余钢筋，否则盾构机刀盘容易出现卡顿。

（3）对掌子面情况进行实时连续不间断监测，否则容易出现地面坍塌的事故。

4 结束语

（1）玻璃纤维筋可根据施工实际情况进行定制，同时具有易切割、制作方便等特点，在实际应用过程中无需任何钢筋加工设备，施工极为方便。

（2）玻璃纤维筋在广州市城市轨道交通四号线南延段塘坑站地下连续墙施工中得到广泛应用，大大降低了盾构始发与接收施工风险，确保了施工安全，与普通钢筋相比，玻璃纤维筋材料成本较高，但其应用于施工现场后，大大提高了工程进度，缩短盾构机始发阶段通过围护结构施工工期，使现场施工环境减少因破除桩身产生的扬尘，产生了良好的社会效应、经济效应与环保效应。玻璃纤维筋作为普通钢筋的替代品，在城市轨道交通车站、盾构井的围护结构工程施工中具有一定推广价值。