张 凯 袁 杰 王 冠

(1.南宁轨道集团有限公司,广西 南宁 530022； 2.中国建筑股份有限公司,北京 100000)



玻璃纤维筋(GFRP)在盾构法区间洞门中的应用

张 凯1袁 杰2王 冠2

(1.南宁轨道集团有限公司,广西 南宁 530022； 2.中国建筑股份有限公司,北京 100000)

简述了玻璃纤维筋(GFRP)的特点，以南宁轨道交通1号线心圩江站工程为例，分析了GFRP在区间洞门处的应用技术，并总结了施工中的质量控制要点，指出玻璃纤维筋混凝土结构可以满足盾构进出洞墙体的强度与切削要求，降低了施工风险，提高了施工效率。

玻璃纤维筋，围护结构，区间洞门，地下连续墙

盾构法区间洞门采用的是钢筋混凝土地下连续墙，用盾构机直接切削墙体进行进出洞极为困难，通常做法是采用人工破除，破除困难且危险性较大。因此，工法研究阶段希望能有一种新型材料来代替盾构机无法切削的普通钢筋。玻璃纤维筋(GFRP)的应用，顺利解决了这一难题，玻璃纤维筋(GFRP)以其抗拉强度高、质量轻、易切割、施工方便、与混凝土结合力强等优势，目前已被国内外建筑市场所接受，并且在轨道交通盾构隧道[1-5]、高速公路、桥梁、机场、码头、水利工程、地下工程等领域有成功的应用案例。

南宁轨道交通1号线心圩江站，车站位于南宁市大学鲁班路口，主体围护结构采用800 mm厚地下连续墙，车站未设盾构井，区间盾构施工经由广西大学站始发，心圩江站站内过站，到达动物园站后吊出，盾构机通过心圩江站围护结构地下连续墙洞门处采用玻璃纤维筋(GFRP)混凝土，为考虑预留足够的施工误差，玻璃纤维筋(GFRP)洞门处预留直径7.62 m，玻璃纤维筋(GFRP)选用抗拉强度标准值不小于500 MPa，弹性模量不小于34 GPa，钢筋最大直径为36，最小直径为16，搭接长度为1.8 m。

1 玻璃纤维筋(GFRP)简介

玻璃纤维筋(GFRP)[6]是一种由树脂和玻璃纤维复合组成的新型材料，具有强度高、质量轻、易剪切、耐腐蚀、非磁性等显著优点，是由纵向连续的玻璃纤维和树脂通过拉挤工艺和表面处理制成的杆体材料。玻璃纤维筋(GFRP)的特点有：抗拉强度高：抗拉强度优于普通钢材，高于同规格钢筋的20%；质量轻：仅为同体积钢筋的1/4；耐腐蚀性强：耐酸碱等化学物的腐蚀可抵抗氯离子和低pH值溶液的侵蚀，尤其是抗碳化合物和氯化合物的腐蚀性更强；易切割、施工方便：盾构机刀盘可直接切割，施工操作简单；混凝土结合力强：热膨胀系数与钢材相比更接近水泥，因此与混凝土结合握裹力更强。

2 玻璃纤维筋(GFRP)应用对比

2.1 传统工法，人工破除

1)破除地下连续墙钢筋混凝土结构需要1个月时间，施工工期较长。2)作业人员必须进入作业面人工破除，作业环境艰苦，易发生安全事故。3)增加机械台班费用，如盾构机停工费、凿岩机械费等。4)在盾构洞门外侧需进行土体加固或改良。5)无论始发或接收的工作面必须在车站开挖结束后进行。

2.2 玻璃纤维筋(GFRP)混凝土技术

1)盾构机可以直接穿透地下连续墙钢筋混凝土结构，施工工期短。2)作业人员无需进入作业面人工破除，提高施工安全度。3)轻质高强，重量只有普通钢筋的1/4，节约工期和降低劳动强度。4)洞门外端头加固简单，节约工期和建设费用。5)在围护结构永久性考虑玻璃纤维筋(GFRP)强度高、易切割，同时还具有良好的电、磁绝缘性，耐久性好，不易腐蚀。但玻璃纤维筋(GFRP)的弹性模量小和延伸性较低，与混凝土的锚固能力同普通钢筋有一定差别。

综上所述，在城市轨道交通施工，面临交通繁忙、建筑物密集、地下管网纵横交错、地质情况复杂等不利因素，致使盾构机出洞安全及质量控制尤为重要，盾构机进出洞端头加固受地下管网、施工场地等影响，加固不到位或无法加固。因此，选用玻璃纤维筋(GFRP)施工盾构机洞门处的围护结构地下连续墙，盾构机通过时直接切削玻璃纤维筋(GFRP)混凝土更为优质高效。

3 区间洞门中的应用技术

3.1 玻璃纤维筋(GFRP)的力学性能分析

表1 玻璃纤维筋(GFRP)主要力学性能

由表1可知，玻璃纤维筋(GFRP)抗拉强度标准值均大于普通钢筋，抗剪强度小于普通钢筋，弹性模量和延性较低，因此在玻璃纤维筋钢筋笼加工、制安过程中，严格注意钢筋移动时的弯曲程度，采用普通钢筋制作骨架，钢筋连接必须符合规范要求，在起重吊装过程中，避免钢筋笼起吊弯曲造成安全事故。

3.2 玻璃纤维筋(GFRP)的施工

心圩江站在车站东西两端头围护结构地下连续墙采用玻璃纤维筋(GFRP)，玻璃纤维筋(GFRP)在工厂内加工制作，现场整体一次拼装成型，竖向主筋采用绑扎搭接，搭接长度40D，搭接采用钢丝绳卡，见图1a)。钢筋笼桁架筋采用普通钢筋，在钢筋笼入槽后全部切除,见图1b)。

1)制作安装：玻璃纤维钢筋笼按单元槽段，整体一次在现场制作，制作前先将盾构洞门环梁用红油漆预先画在加工平台上，再铺底层钢筋网，纵向受力主筋搭接采用钢丝绳卡，水平筋与纵向主筋连接采用铁丝绑扎，桁架筋采用普通钢筋制作，以提高钢筋笼的整体刚度，确保钢筋笼起吊稳定性。钢筋笼制作后对钢筋笼的钢筋尺寸、直径、配筋间距、连接质量、预埋件、预埋筋、检测管等进行严格检查。

2)吊装及就位：玻璃纤维筋钢筋笼采用双机递法送整体一次吊装。幅宽7.6 m，重量41 t，由于钢筋笼的幅宽和重量均较大，为防止起吊时横向弯曲的玻璃纤维筋(GFRP)区段造成挤压，使钢筋笼产生变形，采用两幅钢扁担。起吊作业时由1台主吊和1台副吊配合起吊。主吊采用150 t履带式起重机，副吊采用55 t履带式起重机。经过吊点设计检算，其中主吊吊住顶部，副吊吊住

中间部位吊起，先使钢筋笼整体离开地面，然后主吊升高，副吊配合使钢筋笼底端不接触或冲撞地面，直至主吊将钢筋笼垂直吊起，然后由主吊将钢筋笼运输、入槽、就位，用12号工字钢横担于导墙上将钢筋笼吊住，稳定在设计标高位置，之后将钢筋笼与导墙顶的预埋件焊接，防止其上浮。

3.3 施工技术控制要点

1)玻璃纤维筋钢筋笼配筋抗拉强度比普通钢筋高，重量只有普通钢筋的1/4，耐久性较好，但因玻璃纤维筋(GFRP)属典型的脆性材料，没有延伸性，在施工过程中仍需选用普通钢筋制作钢筋笼桁架及剪刀筋，使钢筋笼整体骨架具有较好的稳定性。

2)对于玻璃纤维筋钢筋笼起重吊装，由于玻璃纤维筋(GFRP)的抗弯性能较差，易弯折，对于长29.1 m，重41 t的钢筋笼，在钢筋笼吊装时要尽量使其保持垂直，避免发生扭曲变形。

3)采用普通钢筋制作整体钢筋笼骨架时，在钢筋笼入槽位置确定后，将钢筋笼整体起吊，盾构机顶进范围内的普通钢筋全部切除，且有一定的误差预留量。

4)水下混凝土浇筑时，要严格控制其浇筑质量，因为玻璃纤维筋(GFRP)抗弯性能差，在深基坑开挖时不可避免受到围护结构外侧土压力及水压力的作用，造成墙体细微的裂缝以致墙体渗漏水，故玻璃纤维筋(GFRP)混凝土地下连续墙水下混凝土施工质量需严格控制。

4 结语

通常盾构法施工进出车站洞门通过的地下连续墙采用钢筋混凝土结构，用盾构机直接切削地下连续墙钢筋混凝土极为困难，基本无法进行。采用人工破除时，破除工作面临艰苦的作业环境以及地下连续墙钢筋混凝土开口破除后土体的暴露，易出现土体塌方、涌水、涌沙等施工安全问题。选用玻璃纤维筋(GFRP)混凝土结构，可以满足盾构进出洞墙体的强度、切削要求，同时，降低了施工风险，提高了施工效率，有效的控制了盾构机进出洞时的安全与质量，减小盾构机进出洞端头加固的费用投入，因此，区间洞门地下连续墙采用玻璃纤维钢筋代替普通钢筋完全可行。在南宁轨道交通心圩江站围护结构地下连续墙中采用玻璃纤维筋(GFRP)的成功应用，为今后类似工程提供了可以参考的经验。

[1] 朱大宇.GFRP筋地下连续墙的施工应用研究[D].上海：同济大学,2008.

[2] 邹永威.玻璃纤维(GFRP)筋在盾构端头井围护桩中的应用研究[D].成都：西南交通大学,2008.

[3] 刘 军.玻璃纤维筋在盾构工程中的研究与应用[J].都市快轨交通,2014,27(1):81-85.

[4] 张晋生.玻璃纤维筋在下穿地铁盾构区间基坑围护施工中的应用[J].科技与创新,2015,87(8):87-88.

[5] 苏 明,张宏斌.玻璃纤维筋在连续墙中的应用[J].隧道建设,2011,31(2):73-76.

[6] GB 50608—2010，纤维增强复合材料建设工程应用技术规范[S].

Application of GFRP in interval portal with shielding method

Zhang Kai1Yuan Jie2Wang Guan2

(1.NanningRailTransitGroupCo.,Ltd,Nanning530022,China; 2.ChinaBuildingCo.,Ltd,Beijing100000,China)

The paper describes GFRP features, analyzes the application technologies of GFRP in interval portal with Xinyu river station engineering of Nanning rail transit line No.1 as an example, and summarizes construction quality control points, which meets shielding exit-entrance wall strength and cutting demands, reduces construction risk and improves construction efficiency as well.

GFRP, enclosure structure, interval portal, continuous underground wall

1009-6825(2017)07-0146-02

2016-12-24

张 凯(1977- )，男，硕士，高级工程师

U455.43

A