张美聪

摘 要：盾构进出洞是盾构施工过程中的高风险节点工程，本文以武汉地铁纸坊线工程盾构进出洞端头加固为例，介绍了玻璃纤维筋在武汉长江三级阶地中的应用，在确保工程安全的同时带来了良好的经济效益，可为今后武汉地铁或其它类似工程提供参考价值。

关键词：玻璃纤维筋;地铁;盾构;三级阶地

中图分类号：U231.3 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）10-0081-02

1 工程概况

武汉地铁纸坊线（27号线）工程由7号线一期工程野芷湖站引出，沿文化大道、文华路自北向南走行，先后途径洪山区、江夏大桥新区、纸坊老城区和青龙山，止于地铁小镇，线路长约16.97km，全线共设7座车站：新路村站、大花岭街站、江夏客厅站、谭鑫培站、北华街站、纸坊大街站、地铁小镇站，其中新路村站～大花岭街站～江夏客厅站～谭鑫培站～北华街站～纸坊大街站区间采用盾构法施工，该段线路位于武汉市江夏区。

2 地貌与地质概况

江夏区属江汉平原向鄂南丘陵过渡地段。地形特征是中部高，西靠长江，东向湖区缓斜。

地貌按成因类型可分为三大类。堆积地形的主要表现形式是冲积平原，主要分布于区境的沿江沿湖地区。剥蚀堆积地形的主要表现形式是垄岗状平原，主要分布于区境中部，相当于长江三级阶地，高程为30～40m，高差为15～25m，坡度6～7m。构造剥蚀地形的主要表现形式是丘陵。本线新路村站～纸坊大街站段区间主要位于剥蚀堆积岗状平原区，属长江三级阶地。

根据勘察资料，本段线路盾构进出洞端头主要位于第四系一般黏性土、老黏土及残坡积黏性土、强-中风化砂质泥岩、泥质砂岩或中风化灰岩地层当中。其中老黏土及残坡积黏性土分布于基岩面上部，一般黏性土、老黏土及残坡积黏性土透水性弱～微，地下水贫乏，为贫水单元;砂质泥岩、泥质砂岩内分布有基岩裂隙水，为弱～中等透水性，富水性差。

3 玻璃纤维筋介绍

玻璃纤维筋是指含量小于1%的无碱玻璃纤维（E-Glass）无捻粗纱或者高强玻璃纤维（S）无捻粗纱和树脂基体（环氧树脂、乙烯基树脂）、固化剂等材料，通过成型固化工艺复合而成的筋材，简称GFRP筋[1]。GFRP筋在1942年由美国橡胶公司研制成功，1970年欧洲率先将GFRP筋应用于混凝土结构，目前作为混凝土结构配筋用的GFRP筋已经被广泛应用的土木工程中。与钢筋相比GFRP筋特点为[2、3]：

（1）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，但重量轻，密度为1.9～2.2g/cm3，约为钢筋的1/4，便于操作;（2）弹性模量稳定、低，约为钢筋的1/4;（3）电热绝缘，热膨胀系数比钢筋更接近水泥;（4）剪切强度低，为脆性破坏;（5）无法进行除切割以外的现场加工，如焊接、弯曲等。

本设计就是利用GFRP筋抗拉强度高、性能与钢筋类似具有与混凝土良好的连接性，同时有具有剪切强度低、脆性破坏的特点，使得盾构刀具能够轻而易举地把GFRP筋切成小段，而不破坏盾构刀具或者缠绕刀具。

4 进出洞端头加固方案

在盾构进出洞时，为保持土体稳定，防止盾构机完全进入地层之前其周围地下水和泥砂涌入，危及工作井内人员及设备安全，还会导致洞周范围较大面积的地表下沉，影响地下管线和附近建（构）筑物的正常使用，因此，必须考虑地层条件、隧道埋深及周边环境等因素对端头进行相应加固处理。选择加固措施主要考虑地层的工程地质条件和水文条件，同时考虑盾构端头部位的埋置深度、地面施工条件等因素。常用的具体处理方法有搅拌桩、旋喷桩、注浆法、素混凝土桩（墙）、冻结法等。对砂类地层，一般采取旋喷桩或冻结法、注浆法进行加固;对粘性土及其它非砂性地層，一般采取搅拌桩、旋喷桩、冻结法进行加固;对岩石全风化或强风化地层，一般采取素混凝土桩（墙）、注浆法进行加固。

由于本段盾构区间进出洞端头位于地质条件较好的粘土或强风化、中等风化岩层且基本没有地下水，根据武汉地铁前期线路类似工程经验，此类地层条件下盾构进出洞端头加固的主要作用是挡土、确保盾构进出洞破洞门安全。参考前期线路工程经验，原设计采用车站围护结构外设置2排素混凝土桩+桩间注浆加固方案;在先期车站施工过程中发现地层稳定性好且基本无地下水，其次考虑到本段区间盾构将穿越岩层，盾构机选型为复合式盾构，结合其他城市盾构进出洞掘进GFRP筋混凝土经验，将盾构进出洞端头加固方案进行了优化，即盾构进出洞范围内围护结构采用GFRP筋，取消原设计的素桩端头加固，无须提前人工破洞门，盾构直接切削掘进通过。对比原方案和优化方案，经优化后具有以下成效：

（1）虽然GFRP筋单价较高，但由于抗拉强度高且重量轻、约为钢筋的1/4，围护结构采用GFRP筋成本略有增加，经测算单个盾构进出洞范围内增加不到1万元，围护造价总体相当;但取消了原素桩+注浆加固，可节省经济造价约400余万元;（2）盾构直接切削围护结构出洞（进洞），降低了破除洞门风险，加快了施工进度;（3）无须盾构掘进前进行破除洞门施工和端头素桩+注浆加固施工，可节省桩基+注浆加固以及人工破除洞门范围内钢筋混凝土和渣土运出的工期，共计可节省工期约1个月，加快了工程进度。

本段5个区间左右线共计10次进出洞均采用玻璃纤维筋方案得以顺利实施，并未发生漏水漏沙等安全风险事故，如图1所示。

5 结语

本工程成功经验表明，在武汉长江三级阶地，盾构进出洞取消端头加固，工作井盾构范围内围护结构采用玻璃纤维筋，盾构直接切削掘进通过是完全可行的，且具有明显的安全与经济效益，经测算在武汉地铁纸坊线工程中节省造价约400余万，在减少工程风险、降低工程造价、加快施工进度等方面具有一定的优势，值得推广，可为今后武汉地铁或其它类似工程提供参考。

参考文献

[1] 中华人民共和国国家标准.CJJ/T 192-2012盾构可切削混凝土配筋技术规程[S].北京：中国建筑工程出版社，2012.

[2] 徐泽.GFRP筋在成都地铁工程的应用[J].安徽建筑，2010，17（1）：78-79.

[3] 焦其柱.盾构直接切削围护墙的设计探讨[J].现代隧道技术，2007，44（4）：20-23.