玻璃纤维筋在盾构井围护结构端头加固中的应用原创

198玻璃纤维筋在盾构井围护结构中的应用XX（中国XX股份有限公司，XX，XX，450003）【摘要】国内某些盾构施工项目的盾构围护结构中采用玻璃纤维筋代替原围护结构中的钢筋，不但保证了盾构井围护结构的安全，而且使盾构始发、到达施工时不需要人工破除洞门，通过盾构直接掘进完成，减少了盾构施工的安全风险，本文以此为例，希望为相关工程提供参考依据。【关键词】玻璃纤维筋盾构井围护结构1前言目前，盾构法隧道施工技术正在朝长距离、大直径、大埋深、复杂断面和高度自动化方向发展。我国自20世纪60年代开始引进、利用盾构法修建城市地铁隧道，虽然起步晚，但发展很快，随着地下空间和城市地下快速交通系统的开发，我国盾构技术与盾构施工方法将得到更大、更快的发展。但盾构始发到达施工技术，仍然是困扰盾构施工的难题。通常盾构始发、到达竖井井壁多用钢筋混凝土或钢材构筑，用盾构机的掘削刀具直接掘削这些竖井的井壁(或挡土墙)进行开口作业较为困难，多数情况下无法直接完成[1]。而是采用人工开凿的方法，这种方法不仅作业环境极其艰苦，同时由于墙体的开凿破坏、土体的暴露，易出现土体塌方，导致地表下沉并危及地下管线和附近的建筑物的安全，而且在盾构范围内钢筋处理不干净还可能造成盾构刀盘、刀具的损坏。为了确保作业的安全，需在开口作业之前用注浆或其他工法对井壁背后的土体进行加固，一般称为端头加固。如果加固土体强度太高，增加造价，给刀盘切削带来困难；加固土体强度低，又起不到相应的作用，在盾构始发、到达作业时仍常出现地表过大沉降或涌水事故。鉴于上述技术原因，人们迫切地希望能有一种工期短、造价低、施工安全性高的新工法问世。NOMST工法就是在这种迫切需求的条件下问世的。NOMST(NovelMaterialShield—cuttableTunnel—WallSystem)即盾构直接掘削新型材料墙体的方法[4]。该工法在XX己经比较成熟，国内还处于实验研究阶段。这种新型材料就是纤维增强塑料即FRP筋，目前NOMST中的加强筋以碳纤维筋居多，玻璃纤维筋材还不普通，更缺乏设计和施工的依据。2玻璃纤维筋的性质玻璃纤维筋学术上称玻璃增强塑料（GlassFiberReinforcedPlastics简称GFRP），是一种连续纤维增强材料（ContinuousFiberReinforcedPlastics简称FRP）。在其生产过程中，首先将多股纤维轻微扭动并通过树脂浸渍器浸渍树脂，然后进行矫直处理，再通过一个热金属模张拉，除去多余的树脂即可[4]。在这些FRP中，GFRP研制最早，1942年就由XX橡胶公司研制成功，1970年，XX首先将GFRP筋应用于混凝土结构。作为混凝土结构配筋用的FRP其外形可以作成光圆、螺纹、矩形及工字形等。FRP有如下特点：（1）抗拉强度高、密度小；密度2g/cm3左右，抗拉强度近2000MPa，和高强钢丝接近[5]；（2）热涨系数与混凝土接近，为0.8～1.2×10-5；适合作为加强筋在混凝土中应用。当周围环境温度变化时，不会产生较大的温度应力，破坏FRP筋与混凝土之间的粘结，从而保证了FRP筋与混凝土之间能协同工作[8]。（3）弹性模量低，约为钢筋的2/3至1/5[5]。（5）耐腐蚀性能好。对于水利工程、桥梁、码头等在潮湿环境或其他侵蚀性环境中工作的结构构件，FRP非常适合于作为钢筋的替代材料[6]。（6）抗剪强度较低；普通的FRP筋的抗剪强度仅有50～60MPa[9]。（7）具有优良的切割性[6]。玻璃纤维筋为FRP的一种，其性能上基本和钢筋相似，与混凝土很好的黏结性，和混凝土具有几乎相同的收缩系数，同时又具有很高的抗拉强度和较低的抗剪强度，可以被盾构机的刀具切割、磨削破碎，可以作为NOMST材料应用。3玻璃纤维筋在盾构始发、到达井围护结构中的应用3.1玻璃纤维筋在XX地铁1号线试验段人工挖孔桩围护结构中的应用（1）XX地铁1号线试验段玻璃纤维筋在盾构井中的使用情况XX地处岷江冲积扇状平原，地层主要为富水饱和砂卵石层，水位高，卵石含量大，达到了60％以上，粒径大，最大的超过600mm。XX地铁1号线试验段为国内首次在富水卵石地层中采用盾构施工，在此种地层中还没有比较成熟的地层加固改良方法（化学加固法、置换法<高压旋喷等>、冻结法、竖井压气法、钢板桩、直接切削临时墙法等）[3]；因此设计时充分参考了直接切削临时墙法――NOMST工法，利用FRP的高抗拉强度、低抗剪强度的特性，盾构始发、到达围护结构混凝土用玻璃纤维筋代替钢筋，盾构刀具可直接切削完成盾构始发、到达。盾构井主体围护结构采用Φ1200@1400人工挖孔钢筋混凝土灌注桩为围护结构；盾构开挖范围内围护桩桩体采用Φ25mm的玻璃纤维筋，采用绑扎连接，搭接长度1.2m～1.4m，C30混凝土。桩体嵌入坑底卵石土层深度为3.5米。每个盾构隧道洞门范围内玻璃纤维筋围护桩共5根[4]。XX地铁1号线盾构井围护结构如图1所示。图1XX地铁1号线试验段火车南站盾构井横断面图（2）玻璃纤维筋应用效果XX地铁1号线试验段在盾构始发、到达的竖井围护结构中在盾构隧道范围内的人工挖孔桩采用相同直径的玻璃纤维筋代替钢筋，基坑开挖过程对玻璃纤维筋桩和钢筋桩进行了监测对比，两种桩体基本上没有区别；盾构施工掘进段，为了确保盾构始发、到达施工的安全，部分施工区域对地层进行了简单的加固，如局部小范围的压密注浆或者井点降水等措施；始发时在主体结构上安装钢制延长洞门，确保盾构机刀盘在刚靠近围护结构时盾构机就能被延长洞门上的洞门密封装置密封，建立压力，正常掘进，泥水盾构和土压盾构全部直接切屑玻璃纤维筋桩安全的通过盾构井围护结构，成功始发；到达时同样直接掘进切削玻璃纤维筋围护桩直接通过；此种施工方法减少了地层加固费用，减少了人工洞门破除工序，降低了破除洞门时的安全风险。取得了非常好的经济、社会效益。XX地铁1号线试验段分别采用了泥水盾构和土压平衡盾构施工，刀盘为6把中心滚刀，13把双刃滚刀，16把刮刀，64把齿刀，均直接切削玻璃纤维筋桩围护结构成功始发。泥水盾构机在掘进玻璃纤维筋桩时由于玻璃纤维筋密度小漂浮在高浓度浆液上方堆积后堵塞了出浆泵口，前期通过人员进仓处理，后通过及时、定期的泥浆泵反循环冲洗，破碎的玻璃纤维筋无法在泵口聚集，成功排出。玻璃纤维筋围护结构人工挖孔桩中施工照片、被盾构机破碎后的照片见照片1～8。照片1纤维筋围护桩的主筋照片2纤维筋围护桩的箍筋照片3玻璃纤维筋围护桩护壁照片4玻璃纤维筋围护桩桩体施工照片5土压盾构切削的玻璃纤维筋碎片与渣土照片6土压盾构切削的玻璃纤维筋短节照片7泥水盾构掘进切削的玻璃纤维筋碎屑照片8泥水盾构掘进切削的玻璃纤维筋短节3.2玻璃纤维筋在XX长江隧道连续墙围护结构中的应用被誉为“XX第一隧”的XX长江隧道为水下公路隧道，盾构隧道长约2.5Km，隧道内径10m，采用11.38m的泥水盾构施工，盾构始发竖井围护结构采用800mm厚的地下连续墙；因始发时隧道埋深浅，其地下水丰富，为保证盾构始发的安全，始发考虑采用延长洞门结合直接切削临时墙法――NOMST工法，在盾构始发井连续墙盾构隧道的圆形区间范围内，采用相同直径的玻璃纤维筋等量代替钢筋，玻璃纤维筋和钢筋通过绑扎连接。XX长江隧道地下连续墙玻璃纤维筋绑扎施工见照片9、10[2]。（照片中白色的为玻璃纤维筋、黑色为钢筋）照片9玻璃纤纤维筋连续续墙绑扎施施工照片10玻璃纤维维筋连续墙墙准备施工工XX长江隧道盾盾构机配备39把单刃滚滚刀，224把切刀，刀盘直径径11.338米，通过延延长洞门，迅迅速建立压压力，开始始正常掘进进，刀盘直直接切削通通过围护结结构――盾构隧道道范围内为为玻璃纤维维筋，（设计为了确确保施工安安全，设计计了端头加加固）。由由于XX长江隧隧道的地质质以淤泥质质粘土为主主，盾构机机配置刀具具以切刀为为主，而围围护结构地地下连续墙墙的混凝土土标号较高高，为水下C30混凝土，导导致盾构机机始发时掘掘进通过连连续墙的过过程中切削削混凝土非非常困难，且且由于混凝土土和玻璃纤纤维筋结合合非常紧密密，玻璃纤维维筋卡坏了了部分切刀刀，最终只只能人工破破除地下连连续墙。XX地铁试验段段泥水盾构构见照片11，XX长江隧隧道盾构刀刀盘见照片12。照片11XX地铁铁试验段泥泥水盾构刀刀盘照片12XX长江隧隧道泥水盾盾构刀盘4总结虽然玻璃纤维筋筋的价格比比钢筋贵，但但是相比与与减少的洞洞门的凿除除和减少的的盾构始发发端头加固固费用、时时间，还是是比较经济济，而且增增加了施工工安全性。通通过在XXX地铁一号号线试验段段工程以及及XX长江隧隧道两个盾盾构标段的的实施，验验证盾构井井围护结构构采用玻璃璃纤维筋代代替钢筋，取取消人工破破除洞门，直直接盾构（泥泥水、土压压盾构均可可以）掘进进通过围护护结构的施施工是一种种可以实施施的、经济济的、安全全的施工方方案，以后后其他类似似工程可以以借鉴。但在采用玻璃纤维维筋围护结结构的设计计、施工的的过程中要要注意：①玻璃纤维筋与钢钢筋为绑扎扎连接，必必须按照相相关的规范范保证足够够的搭接长长度，确保保工程安全全[10]；②这种施工方法在在盾构始发发时需要根根据盾构井井主体配合合延长洞门门一起应用用，效果明明显；③当盾构机是以刮刮刀为主的的软土刀盘配置时