玻璃纖維筋在武漢地鐵盾構(gòu)進(jìn)出洞中的應(yīng)用

1、    玻璃纖維筋在武漢地鐵盾構(gòu)進(jìn)出洞中的應(yīng)用    張美聰摘 要：盾構(gòu)進(jìn)出洞是盾構(gòu)施工過程中的高風(fēng)險(xiǎn)節(jié)點(diǎn)工程，本文以武漢地鐵紙坊線工程盾構(gòu)進(jìn)出洞端頭加固為例，介紹了玻璃纖維筋在武漢長(zhǎng)江三級(jí)階地中的應(yīng)用，在確保工程安全的同時(shí)帶來了良好的經(jīng)濟(jì)效益，可為今后武漢地鐵或其它類似工程提供參考價(jià)值。關(guān)鍵詞：玻璃纖維筋;地鐵;盾構(gòu);三級(jí)階地：u231.3 ：a ：1671-2064（2019）10-0081-021 工程概況武漢地鐵紙坊線（27號(hào)線）工程由7號(hào)線一期工程野芷湖站引出，沿文化大道、文華路自北向南走行，先后途徑洪山區(qū)、江夏大橋新區(qū)、紙坊老城區(qū)和青龍山，止

2、于地鐵小鎮(zhèn)，線路長(zhǎng)約16.97km，全線共設(shè)7座車站：新路村站、大花嶺街站、江夏客廳站、譚鑫培站、北華街站、紙坊大街站、地鐵小鎮(zhèn)站，其中新路村站大花嶺街站江夏客廳站譚鑫培站北華街站紙坊大街站區(qū)間采用盾構(gòu)法施工，該段線路位于武漢市江夏區(qū)。2 地貌與地質(zhì)概況江夏區(qū)屬江漢平原向鄂南丘陵過渡地段。地形特征是中部高，西靠長(zhǎng)江，東向湖區(qū)緩斜。地貌按成因類型可分為三大類。堆積地形的主要表現(xiàn)形式是沖積平原，主要分布于區(qū)境的沿江沿湖地區(qū)。剝蝕堆積地形的主要表現(xiàn)形式是壟崗狀平原，主要分布于區(qū)境中部，相當(dāng)于長(zhǎng)江三級(jí)階地，高程為3040m，高差為1525m，坡度67m。構(gòu)造剝蝕地形的主要表現(xiàn)形式是丘陵。本線新路村站紙

3、坊大街站段區(qū)間主要位于剝蝕堆積崗狀平原區(qū)，屬長(zhǎng)江三級(jí)階地。根據(jù)勘察資料，本段線路盾構(gòu)進(jìn)出洞端頭主要位于第四系一般黏性土、老黏土及殘坡積黏性土、強(qiáng)-中風(fēng)化砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)砂巖或中風(fēng)化灰?guī)r地層當(dāng)中。其中老黏土及殘坡積黏性土分布于基巖面上部，一般黏性土、老黏土及殘坡積黏性土透水性弱微，地下水貧乏，為貧水單元;砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)砂巖內(nèi)分布有基巖裂隙水，為弱中等透水性，富水性差。3 玻璃纖維筋介紹玻璃纖維筋是指含量小于1%的無堿玻璃纖維（e-glass）無捻粗紗或者高強(qiáng)玻璃纖維（s）無捻粗紗和樹脂基體（環(huán)氧樹脂、乙烯基樹脂）、固化劑等材料，通過成型固化工藝復(fù)合而成的筋材，簡(jiǎn)稱gfrp筋1。gfrp筋在1942

4、年由美國(guó)橡膠公司研制成功，1970年歐洲率先將gfrp筋應(yīng)用于混凝土結(jié)構(gòu)，目前作為混凝土結(jié)構(gòu)配筋用的gfrp筋已經(jīng)被廣泛應(yīng)用的土木工程中。與鋼筋相比gfrp筋特點(diǎn)為2、3：（1）高承載能力，抗拉能力強(qiáng)，桿體強(qiáng)度是同等直徑螺紋鋼筋的兩倍，但重量輕，密度為1.92.2g/cm3，約為鋼筋的1/4，便于操作;（2）彈性模量穩(wěn)定、低，約為鋼筋的1/4;（3）電熱絕緣，熱膨脹系數(shù)比鋼筋更接近水泥;（4）剪切強(qiáng)度低，為脆性破壞;（5）無法進(jìn)行除切割以外的現(xiàn)場(chǎng)加工，如焊接、彎曲等。本設(shè)計(jì)就是利用gfrp筋抗拉強(qiáng)度高、性能與鋼筋類似具有與混凝土良好的連接性，同時(shí)有具有剪切強(qiáng)度低、脆性破壞的特點(diǎn)，使得盾構(gòu)刀具能

5、夠輕而易舉地把gfrp筋切成小段，而不破壞盾構(gòu)刀具或者纏繞刀具。4 進(jìn)出洞端頭加固方案在盾構(gòu)進(jìn)出洞時(shí)，為保持土體穩(wěn)定，防止盾構(gòu)機(jī)完全進(jìn)入地層之前其周圍地下水和泥砂涌入，危及工作井內(nèi)人員及設(shè)備安全，還會(huì)導(dǎo)致洞周范圍較大面積的地表下沉，影響地下管線和附近建（構(gòu)）筑物的正常使用，因此，必須考慮地層條件、隧道埋深及周邊環(huán)境等因素對(duì)端頭進(jìn)行相應(yīng)加固處理。選擇加固措施主要考慮地層的工程地質(zhì)條件和水文條件，同時(shí)考慮盾構(gòu)端頭部位的埋置深度、地面施工條件等因素。常用的具體處理方法有攪拌樁、旋噴樁、注漿法、素混凝土樁（墻）、凍結(jié)法等。對(duì)砂類地層，一般采取旋噴樁或凍結(jié)法、注漿法進(jìn)行加固;對(duì)粘性土及其它非砂性地層，一

6、般采取攪拌樁、旋噴樁、凍結(jié)法進(jìn)行加固;對(duì)巖石全風(fēng)化或強(qiáng)風(fēng)化地層，一般采取素混凝土樁（墻）、注漿法進(jìn)行加固。由于本段盾構(gòu)區(qū)間進(jìn)出洞端頭位于地質(zhì)條件較好的粘土或強(qiáng)風(fēng)化、中等風(fēng)化巖層且基本沒有地下水，根據(jù)武漢地鐵前期線路類似工程經(jīng)驗(yàn)，此類地層條件下盾構(gòu)進(jìn)出洞端頭加固的主要作用是擋土、確保盾構(gòu)進(jìn)出洞破洞門安全。參考前期線路工程經(jīng)驗(yàn)，原設(shè)計(jì)采用車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)外設(shè)置2排素混凝土樁+樁間注漿加固方案;在先期車站施工過程中發(fā)現(xiàn)地層穩(wěn)定性好且基本無地下水，其次考慮到本段區(qū)間盾構(gòu)將穿越巖層，盾構(gòu)機(jī)選型為復(fù)合式盾構(gòu)，結(jié)合其他城市盾構(gòu)進(jìn)出洞掘進(jìn)gfrp筋混凝土經(jīng)驗(yàn)，將盾構(gòu)進(jìn)出洞端頭加固方案進(jìn)行了優(yōu)化，即盾構(gòu)進(jìn)出洞范圍內(nèi)

7、圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用gfrp筋，取消原設(shè)計(jì)的素樁端頭加固，無須提前人工破洞門，盾構(gòu)直接切削掘進(jìn)通過。對(duì)比原方案和優(yōu)化方案，經(jīng)優(yōu)化后具有以下成效：（1）雖然gfrp筋單價(jià)較高，但由于抗拉強(qiáng)度高且重量輕、約為鋼筋的1/4，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用gfrp筋成本略有增加，經(jīng)測(cè)算單個(gè)盾構(gòu)進(jìn)出洞范圍內(nèi)增加不到1萬元，圍護(hù)造價(jià)總體相當(dāng);但取消了原素樁+注漿加固，可節(jié)省經(jīng)濟(jì)造價(jià)約400余萬元;（2）盾構(gòu)直接切削圍護(hù)結(jié)構(gòu)出洞（進(jìn)洞），降低了破除洞門風(fēng)險(xiǎn)，加快了施工進(jìn)度;（3）無須盾構(gòu)掘進(jìn)前進(jìn)行破除洞門施工和端頭素樁+注漿加固施工，可節(jié)省樁基+注漿加固以及人工破除洞門范圍內(nèi)鋼筋混凝土和渣土運(yùn)出的工期，共計(jì)可節(jié)省工期約1個(gè)月，加快了工程進(jìn)度。本段5個(gè)區(qū)間左右線共計(jì)10次進(jìn)出洞均采用玻璃纖維筋方案得以順利實(shí)施，并未發(fā)生漏水漏沙等安全風(fēng)險(xiǎn)事故，如圖1所示。5 結(jié)語本工程成功經(jīng)驗(yàn)表明，在武漢長(zhǎng)江三級(jí)階地，盾構(gòu)進(jìn)出洞取消端頭加固，工作井盾構(gòu)范圍內(nèi)圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用玻璃纖維筋，盾構(gòu)直接切削掘進(jìn)通過是完全可行的，且具有明顯的安全與經(jīng)濟(jì)效益，經(jīng)測(cè)算在武漢地鐵紙坊線工程中節(jié)省造價(jià)約400余萬，在減少工程風(fēng)險(xiǎn)、降低工程造價(jià)、加快施工進(jìn)度等方面具有一定的優(yōu)勢(shì)，值得推廣，可為今后武漢地鐵或其它類似工程提供參考。參考文獻(xiàn)1 中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn).cjj/t 192-2012盾構(gòu)可切削混凝土配筋技術(shù)