玻璃纖維筋在地鐵某盾構(gòu)區(qū)間工程中的應(yīng)用研究

王余良

摘? 要：玻璃纖維筋作為新型高強(qiáng)材料在建設(shè)工程中已經(jīng)得到了越來越多的應(yīng)用，尤其是在地鐵盾構(gòu)施工中，具有替代普通鋼筋而作為盾構(gòu)機(jī)直接切削的材料的優(yōu)勢。結(jié)合北京地鐵某盾構(gòu)區(qū)間在施工關(guān)鍵節(jié)點過程中玻璃纖維筋的應(yīng)用，實現(xiàn)了盾構(gòu)施工的安全性能和施工效能的提升。

關(guān)鍵詞：盾構(gòu);玻璃纖維筋;應(yīng)用

中圖分類號：TU94 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）17-0175-03

Abstract： As a new type of high-strength material， glass fiber reinforcement has been more and more used in construction engineering. Especially in subway shield construction， it has the advantage of replacing ordinary steel bar as a direct cutting material of shield machine. Based on the application of glass fiber reinforcement in the construction of key nodes in a shield section of Beijing Subway， the safety performance and construction efficiency of shield construction are improved.

Keywords： shield; glass fiber reinforcement; application

引言

盾構(gòu)法作為當(dāng)前地鐵工程區(qū)間施工的主要工法，因其機(jī)械化程度高、安全系數(shù)大、施工效率高、對周圍環(huán)境影響小等優(yōu)點受到行業(yè)大力推廣，盾構(gòu)機(jī)制造和盾構(gòu)相關(guān)工藝也得到了長足的發(fā)展和進(jìn)步。近年來，隨著城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)的不斷擴(kuò)充，穿越或鄰近既有線和既有構(gòu)筑物等也成為地鐵施工中經(jīng)常遇見的重難點。為了保證工程的順利進(jìn)行，需要在施工前充分考慮盾構(gòu)施工對周圍環(huán)境的影響，做好各項施工措施。

玻璃纖維筋是以高強(qiáng)玻璃纖維為增強(qiáng)材料，以合成樹脂為基體材料，并摻入適量輔助劑融合而成的復(fù)合材料，也稱之為玻璃纖維增強(qiáng)筋（GFRP筋）。GFRP 材料具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、抗疲勞、耐腐蝕性、可設(shè)計、易加工等諸多優(yōu)點[1]。在一定程度可以合理代替鋼材，節(jié)約工程造價、降低資源浪費并保護(hù)環(huán)境，符合國家發(fā)展戰(zhàn)略，值得推廣應(yīng)用[2]。

蘇明，張宏斌等提出了在南寧市廣西大學(xué)站圍護(hù)結(jié)構(gòu)地下連續(xù)墻車站兩端的盾構(gòu)井，即地鐵穿越洞門的范圍內(nèi)使用玻璃纖維筋代替普通鋼筋進(jìn)行應(yīng)用，解決了玻璃纖維筋在大斷面范圍內(nèi)使用鋼筋籠加工難題，保證了盾構(gòu)機(jī)安全、省時、順利穿越[3]。

楊紅軍研究了在成都地鐵1號線人工挖孔樁試驗段分別采用土壓平衡與泥水平衡盾構(gòu)機(jī)直接切削圍護(hù)樁，取得了良好的施工和經(jīng)濟(jì)效益[4]。宋旱云，劉軍等以玻璃纖維筋和普通鋼筋搭接連接研究為重點，通過單向拉伸試驗驗證了U型卡具滿足機(jī)械連接要求，并利用理論計算提出了可實施性的鋼筋籠起吊方式[5]。金鑫，劉軍等結(jié)合北京地鐵16號線某標(biāo)段始發(fā)井盾構(gòu)無障礙始發(fā)過程，做好盾構(gòu)參數(shù)控制和地表相關(guān)數(shù)據(jù)監(jiān)測以期達(dá)到良好的社會和經(jīng)濟(jì)效益[6]。

本文將通過研究玻璃纖維筋在地鐵某盾構(gòu)區(qū)間始發(fā)、穿越和接收階段的應(yīng)用，為類似工程提供借鑒。

1 工程概況

北京地鐵某盾構(gòu)區(qū)間全長1.035km，西起在建地鐵CCQ車站，始發(fā)即穿越相鄰既有線車站，區(qū)間中間部位設(shè)置盾構(gòu)出土井（兼做檢修井）一座，沿道路向東一直到達(dá)在建的SZQ站（如圖1所示），該車站為暗挖三層地下式車站，采用洞樁法施工。區(qū)間覆土厚度約為13.3～26.6m，左右線線間距最小處為15.0m，最大處為18.2m，主要穿越的地層為卵石⑤、⑦卵石層及黏土層。

2 在始發(fā)井應(yīng)用

盾構(gòu)始發(fā)井位于新建CCQ車站主體機(jī)構(gòu)的東側(cè)端頭部位，為地下三層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，采用明挖法施工，車站主體結(jié)構(gòu)范圍內(nèi)涉及到的地層從上到下依主要為卵石⑤層、粉質(zhì)黏土⑥層、黏土⑥1層、細(xì)中砂⑥3層、卵石⑦層等。

為了減少傳統(tǒng)盾構(gòu)始發(fā)破除圍護(hù)樁可能帶來的安全風(fēng)險，提高施工效率，此次左右線盾構(gòu)掘進(jìn)范圍內(nèi)5根圍護(hù)樁采取玻璃纖維筋形式，鋼筋直徑為φ25，混凝土強(qiáng)度為C30，直徑為1m。

由于此區(qū)間始發(fā)即穿越既有線，現(xiàn)場不具備設(shè)置試驗段條件，累計需要進(jìn)行進(jìn)洞、出洞磨樁共計4次。因此為了保證長距離掘進(jìn)的適應(yīng)性和安全性，必須對盾構(gòu)機(jī)刀盤進(jìn)行改造和升級，同時，要對掘進(jìn)參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格的計算和驗證。

在刀盤道具改造上，除了對先行刀進(jìn)行耐磨堆焊以外，另外在外輪廓及中間軌跡上增加超前先行刀，比普通先行刀高出49mm，共計增加18把。此刀具可以實現(xiàn)對玻璃纖維筋圍護(hù)樁有效切除及破碎，降低刀盤整體刀具磨損率，提高施工安全和施工效率。在掘進(jìn)參數(shù)上，通過綜合地層地質(zhì)情況和類似出洞磨樁的經(jīng)驗進(jìn)行理論計算，設(shè)定的主要推力值為25000kN-40000kN，刀盤扭矩值設(shè)定在3000-5000kN·m，推進(jìn)速度設(shè)定在10-30mm/min。在地面監(jiān)控量測方面，對進(jìn)洞上方的點位布置和監(jiān)測頻率進(jìn)行加密，確保監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸?shù)募皶r性和有效性。

在實際進(jìn)行盾構(gòu)始發(fā)進(jìn)洞過程中，從磨樁開始到結(jié)束共計進(jìn)行2.5小時，推力值、扭矩值和掘進(jìn)速度均與設(shè)定值相符，沉降總體在2mm之內(nèi)，滿足要求。與相比傳統(tǒng)洞門破除再掘進(jìn)的工期7-10天相比，在安全性和高效率上都是明顯提升。

3 在盾構(gòu)井（檢修井）應(yīng)用

3.1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)概況

檢修井采用明挖法施工，基坑開挖尺寸為11.9*11.4*29.2米，基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用樁撐形式，基坑施做完成后，澆筑盾構(gòu)井結(jié)構(gòu)。盾構(gòu)在盾構(gòu)井接收后空推通過盾構(gòu)井，然后再重新始發(fā)，左線盾構(gòu)的管片吊裝及出土進(jìn)料等工作均通過此盾構(gòu)工作井進(jìn)行。圍護(hù)樁為直徑1m鉆孔灌注樁，間距1.5m，嵌固深度11m。基坑共計32根樁，其中A樁22根，B樁10根。B型樁為普通鋼筋與玻璃纖維筋結(jié)合樁。如圖2所示。

3.2 鋼筋籠加工

B型圍護(hù)樁有效樁長度為35.5m，冠梁高度為0.8m，樁底保護(hù)層為0.15m，鋼筋籠總長度為36.15m，分兩節(jié)加工。B樁上半節(jié)為鋼筋，下半節(jié)為玻璃纖維筋，具體見下表1。

玻璃纖維筋鋼筋籠制作要求在加工場地集中制作，施工時要按照設(shè)計圖紙和技術(shù)規(guī)范加工。玻璃纖維筋與普通鋼筋搭接長度為2.2m，滿足《盾構(gòu)可切削混凝土配筋技術(shù)規(guī)程》（CJJ/T 192-2012）中大于規(guī)定的同直徑熱軋帶肋鋼筋搭接長度的1.25倍，且不應(yīng)小于40倍的鋼材直徑的要求。玻璃纖維筋主筋及加勁筋與普通鋼筋采用“U”型卡連接牢固，玻璃纖維筋之間的搭接長度不少于40d、普通鋼筋之間的單面焊接搭接長度不小于10d，雙面焊接搭接長度不少于5d。鋼筋搭接布置在盾構(gòu)機(jī)刀盤外1m以上的范圍，且搭接過程中同一斷面搭接應(yīng)錯開50%。

玻璃纖維筋箍筋按圖紙尺寸用玻璃纖維螺旋箍筋間距150mm，一般區(qū)域誤差應(yīng)控制在規(guī)范許可范圍內(nèi)，施工時需注意設(shè)計圖中螺旋箍筋布置，玻璃纖維筋螺旋箍筋之間搭接長度為10d。螺旋箍筋以采用綁扎方式固定必須全部綁扎到位，綁扎點采用十字行綁扎，如圖3所示。為增強(qiáng)玻璃纖維筋與混凝土之間的握裹力，玻璃纖維筋表面須有纏繞成型，并噴砂以保證與混凝土的有效粘結(jié);同時為不降低玻璃纖維筋的有效截面積，纏繞深度不大于1mm。玻璃纖維筋中所采用的玻璃纖維含量須控制在70%～80%，且保證玻璃纖維筋必須為無堿玻璃纖維粗砂;玻璃纖維筋中的樹脂須采用環(huán)氧樹脂。

3.3 玻璃纖維筋鋼筋籠存放、運(yùn)輸、安裝

鋼筋籠存放：要求下墊30cm方木，并在鋼筋籠上方用塑料彩條布進(jìn)行覆蓋;鋼筋籠放置時需注意上下口方向排列，并設(shè)置標(biāo)牌。

鋼筋籠運(yùn)輸：采用加長板架車，運(yùn)輸過程中要防止鋼筋籠變形、斷裂，輕吊輕放。放置地點應(yīng)提前用枕木墊高，避免鋼筋直接接觸泥土地，污染鋼筋。

鋼筋籠安裝：鋼筋籠安裝采用汽車吊，為了保證骨架起吊時不變形，可以在加強(qiáng)骨架內(nèi)玻璃纖維鋼筋范圍外焊接加強(qiáng)箍筋，以加強(qiáng)其剛度。鋼筋籠宜采用三點吊裝，吊點不能設(shè)置在玻璃纖維筋范圍內(nèi)。

3.4 盾構(gòu)出洞接收控制及監(jiān)測數(shù)據(jù)

經(jīng)過盾構(gòu)始發(fā)進(jìn)洞和掘進(jìn)過程參數(shù)調(diào)整，對出洞參數(shù)設(shè)定如下?？偼屏刂圃?0000-30000kN，推進(jìn)速度10mm-15mm;刀盤扭矩控制在3500-5500kN·m，刀盤轉(zhuǎn)速控制在0.6r/min;土倉內(nèi)注入泡沫，同步注漿及時跟進(jìn)。

從始發(fā)到盾構(gòu)井出洞共計掘進(jìn)205m，占總區(qū)間長度的1/5。通過盾構(gòu)出洞刀盤磨損狀態(tài)進(jìn)行分析，總體良好，刀具磨損率低，整體在3-5%左右，完全滿足后續(xù)掘進(jìn)施工的需求。

在監(jiān)測數(shù)據(jù)方面，切削圍護(hù)樁前盾構(gòu)機(jī)上方距離洞門3m處道路沉降累計-0.28mm/3小時，切削后累計沉降-2.95mm;距離洞門0.5m處道路沉降累計-0.34mm/3小時，切削后累計沉降-0.91mm。綜合分析看來，總體沉降滿足設(shè)計及規(guī)范要求。

4 在接收車站應(yīng)用

接收車站為暗挖車站，采用PBA工法洞內(nèi)機(jī)械成樁技術(shù)。上層導(dǎo)洞尺寸為4*4.5m，施工環(huán)境相對狹小。洞內(nèi)灌注圍護(hù)樁尺寸為1m，混凝土型號為C30，普通鋼筋主筋直徑為φ25mm，盾構(gòu)穿越范圍內(nèi)玻璃纖維筋直徑為φ32mm，箍筋直徑14mm，加勁箍筋直徑20mm。

為了保證洞內(nèi)施工圍護(hù)樁快速、高效，洞內(nèi)圍護(hù)樁鋼筋籠采取分節(jié)連接、分節(jié)下方的方式進(jìn)行。每次分節(jié)長度為2.5m，普通鋼筋采用直螺紋套筒機(jī)械連接，玻璃纖維筋與普通鋼筋搭接采用U型卡具，每次搭接長度為1.6m，能滿足規(guī)范要求。在連接和吊裝過程中，需要特別注意對U型卡具的固定，必要時需要進(jìn)行相應(yīng)的固定性能試驗，防止因固定不牢出現(xiàn)安全風(fēng)險。如圖4所示。

盾構(gòu)接收相關(guān)參數(shù)、監(jiān)測布置參考盾構(gòu)井接收端設(shè)定內(nèi)容。經(jīng)過盾構(gòu)出洞的相關(guān)參數(shù)監(jiān)測，階段沉降量在4mm之內(nèi)，穿越整個區(qū)間刀盤整體磨損率在20-30%左右，總體控制較好。

5 結(jié)束語

玻璃纖維筋在盾構(gòu)區(qū)間的成功應(yīng)用，尤其完成了整個區(qū)間4次始發(fā)和接收，確保了盾構(gòu)施工的安全和進(jìn)度，為其他工程提供了良好借鑒，具有較強(qiáng)的推廣意義。

參考文獻(xiàn)：

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[6]金鑫，劉軍，周洪.玻璃纖維筋在地鐵盾構(gòu)始發(fā)中的應(yīng)用[J].北京建筑大學(xué)學(xué)報，2016，32（6）：52-58.