盾构始发穿越玻璃纤维筋围护桩施工技术浅析

张士民

（中铁上海工程局集团市政环保工程有限公司，上海 200436）

城市地铁工程地下连续墙的盾构进出洞位置采用GFRP 筋代替钢筋，在盾构始发接收时可以直接切削围护墙掘进，避免了事前混凝凿除与切断钢筋的工序，简化了施工工序、加快了施工进度、降低了施工风险、降低了围护墙前地层加固范围和止水要求，节约成本，地连墙中玻璃纤维施工技术已趋于成熟阶段，保证了施工的安全性和稳定性。

围护结构地连墙是一完整的平面结构，通过刀盘刀具选型配置及相应施工措施，可以较好地完成切削作业。而沈阳地铁基本采取钻孔灌注桩围护结构，与地连墙有着本质的差别，本文就盾构始发穿越GFRP筋围护桩做出一定的施工技术总结。

1 钻孔灌注桩结构型式

沈阳地铁车站明挖基坑的围护结构采用钻孔灌注桩+内支撑的支护型式，标准段∅800@1200，盾构井段∅800@1000/1100，桩间挂网喷射混凝土封闭，降水采用坑外管井方案。钻孔灌注桩钢筋笼主筋为20 根∅25mm 环向均匀布置、加劲箍为∅18@1500、螺旋箍筋∅10@100/150，水下C30 混凝土。

如盾构始发不考虑围护桩破除，刀盘直接切削穿越，则利用玻璃纤维筋高抗拉强度、低抗剪强度的特性，以玻璃纤维筋替代盾构施工影响范围内的钢筋，盾构通过时直接切削，减少人工拆除洞门连续墙及钢筋工序，有效地消除这个过程中的安全隐患。洞门范围内围护桩采用GFRP 筋结构，即外径6.2m 隧道洞门范围内7 根围护桩设置为GFRP 筋结构，单根桩GFRP 筋布置：隧道结构上下≮1.0m、20 根∅28mm 环向均匀布置、加劲箍∅20@2000、螺旋箍筋∅12@100、水下C30 混凝土。

2 盾构磨削GFRP筋围护桩案例分析

2.1 成功案例简述

沈阳地铁4 号线皇寺路站-沈阳北站区间、皇寺路站-市府大道站区间盾构（土压平衡式）始发采用的盾构磨削GFRP 筋围护桩施工方法，通过适当降水、洞门安装钢套环（钢套环内安装2 道加长尾刷密封）、刀具加强配置等措施，刀盘顶桩后缓慢磨削，较为顺利地完成始发掘进。刀盘对围护桩的磨削破碎，无大块混凝土块，但仍发生渣土积仓、螺旋输送机卡阻不良现象，通过渣土置换等方式很快解决问题，后期整个区间盾构推进再无由此引发的不良状况出现。

2.2 失败案例简述

沈阳地铁3 号线千岛湖街站-南阳湖街站区间右线由于地层滞水原因，洞门底部以上1.0m偏右处有一股水流，无法做到始发前洞门破除无水作业，前期围护结构施工时洞门范围内采用GFRP 筋，因此，采取盾构（土压平衡式）磨削GFRP 筋围护桩施工方法。始发后盾构推进参数不理想，总推力偏大、推进速度偏低、螺旋机卡阻等不良现象，通过渣土置换、螺旋机清理等简单措施，施工情况未得到改善，推进至21 环时，出现“推力大、扭矩大、无速度”不良状况。通过地面开挖检修井，发现刀盘仓内存有大量混凝土块、玻璃纤维筋以及刀盘粘结泥饼现象（图1）。经统计，仓内大块混凝土情况如下：直径＞500mm 混凝土块9 块、直径300～500mm 混凝土块60 块、直径200～300mm 混凝土块350 块。

图1 刀盘仓积渣及混凝土块

2.3 两案例施工参数与措施对照

同样的GFRP 筋围护桩、类似设备以及差别不大的处理措施，造成截然不同的效果，上述两案例施工参数与施工措施对照情况如表1 所示。

表1 两案例施工参数与施工措施对照情况

2.4 失败案例原因分析

1）刀盘磨削围护桩时推进速度偏大、刀盘转速偏慢。围护桩为C30 混凝土结构，且间隔布置，如刀盘转速过快、推进速度偏大极易造成刀具损坏，但选择0.5r/min 的刀盘转速，在总推力偏低、刀盘仓空仓的情况下，推进速度轻易提升，造成大块混凝土掉落，在土仓内不宜排出。

2）围护桩破除造成桩间土掉落。围护桩破除50%时，造成了桩间土的掉落、桩与桩的相互独立，且刀盘碰触桩时的接触面不平整，易造成桩局部大块受切削掉落，在土仓内不宜排出。

3）围护桩磨削完成后，长时间在无水砂卵石地层推进，且渣土改良措施不到位。砾砂、圆砾地层中孔隙较大，刀盘仓内渣土改良剂泡沫剂渗流较快，渣土易失水固结；聚合物溶液本身稳定性较好，但在掺入到渣土中后性能随时间衰解较为明显，一般维持在1～2h，不适合长时间停机前使用，且在改良渣土过程中较易出现泌水现象。渣土自身改良效果不良，极易发生离析积仓现象，无法将混凝土块排出。

4）刀盘仓未进行填仓。如采用新型厚浆浆液材料在刀盘磨削围护桩前将刀盘仓填满，并保持一定的土压力，则围护桩不易剥落大块混凝土，可以较为容易排出。

3 盾构磨削GFRP筋围护桩始发要求与措施

1）桩间土网喷支护 盾构切割区域内的桩间网采用玻璃纤维筋网片，其与其他区域范围的钢筋网片绑扎搭接，搭接长度不小于一个网格长度。网片宜设置∅25 水平加强玻璃纤维筋，竖向间距1m，与网片绑扎。挂网前应修整桩间土壁，桩身清理满足喷射混凝土厚度要求。

2）洞门钢套环 盾构吊装下井前测量复核工作，包括始发井井位标高核坐标、洞门预埋钢环以及分析是否需增加洞门钢套环，并保证盾构始发时止水帘布与刀盘的纵向安全距离≮200mm。车站结构墙厚度700mm，刀盘长度（如有中心鱼尾刀）约900mm，刀盘顶桩后，且始发时洞门止水帘布伸入洞门约400mm，为保证止水帘布与刀盘的纵向安全距离≮200mm，则须安装洞门钢套环，可在刀盘顶桩后立即形成密封土仓和建立切口压力，以正常掘进的形式完成始发，为盾构始发提供有力安全保证，但切口压力不宜过大，以防对止水帘布造成过大的冲击压力。

3）刀盘仓填仓 刀盘顶桩后采取填仓措施，即刀盘仓内注满新型厚浆。新型厚浆浆液材料由消石灰、粉煤灰、中细沙、膨润土、水、添加剂等搅拌而成，其性能要求：具有良好的长期稳定性及流动性，并能保证适当的初凝时间；具有良好的充填性能；具有大比重、低稠度、高剪切性能特点，同时兼顾材料的保水、抗稀释性能。

4）推进参数控制 盾构始发磨削GFRP 筋围护桩的施工参数应量化控制。总推力：单位面积推力不宜大于300kN，即开挖直径6 460mm的盾构总推力不宜大于828kN，与正常始发的控制参数基本一致。刀盘转速与推进速度：刀盘磨削GFRP 筋围护桩采用碾压、慢磨的切割方式使玻璃纤维筋及混凝土破碎，刀盘转速控制1.0r/min，推进速度控制在2～5mm/min。

5）带式螺旋输送机 土压平衡式盾构的螺旋输送机根据螺杆结构型式分为有轴式螺杆、带式螺杆等。有轴式螺杆是螺旋叶片缠绕在中间的轴上，止水性好，排渣时允许通过的粒径略小；带式螺杆是螺旋叶片呈带状，中间没有螺杆轴，排渣时允许通过的粒径略大，但止水性略差，由于其结构偏弱，因此不能通过反转脱困以免造成叶片扭坏。因此，为保证大粒径渣土顺利排出，可优先选用带式螺旋输送机，但需充分考虑其局限性、扭矩及区间地质因素，分析是否选用带式螺旋输送机。

6）渣土改良 盾构始发阶段局部降水，改变了地下水的原始状态，刀盘开挖的渣土含水量偏少，渣土改良建议使用泡沫剂+膨化的膨润土，改变渣土的塑流性，将渣土顺利排出，推进过程中，将刀盘扭矩控制在3 000kNm 以下；停机时需要将刀盘仓内渣土搅拌均匀，扭矩降低至500kNm 以下，防止渣土离析积仓。

7）洞门封堵 待盾尾离开洞门预埋钢环约200mm，推进过程同步注浆作业（一般在推进+2环开始，防止浆液前窜至盾尾外）；待盾尾离开洞门预埋钢环5 环，开始洞门封堵注浆。洞门封堵注浆采用水泥-水玻璃双液浆，特别注意不能停机注浆，防止浆液前窜包裹盾尾。快速洞门封堵的目的是停止降水作业，有利渣土改良效果。

8）排渣异常的应急处理 如刀盘磨削围护桩产生的混凝土块不能及时排除，在刀盘仓内积渣造成螺旋输送机排渣不畅，需快速采取措施应急处理。拌制高浓度膨润土（膨化完全、稠度120～150s）对刀盘仓内渣土置换。

4 结语

沈阳地铁盾构施工一般采取降水+维护桩破除的常规始发方式，随着施工环境复杂性、地质条件的变化等因素，越来越多的项目采用刀盘磨削GFRP 筋围护桩始发的方式，本文通过成功案例、失败案例，对始发过程中的风险因素进行分析，并总结施工要求及相关技术措施，将经验分享给大家，希望可以为后续施工生产提供帮助。O