盾构始发、接收端围护结构中玻璃纤维钢筋施工管控要点

朱文中

（厦门国璟环境工程有限公司，福建 厦门 361000）

厦门轨道交通工程通风竖井盾构始发、接收围护结构在盾构切削区域，采用玻璃纤维筋代替围护结构中的钢筋，不但能保证盾构行经围护结构的安全，而且在盾构的始发、到达围护结构时减少人工破除门洞工序。可采用一般盾构机切削刀具直接切削，达到盾构机组直接进出洞、降低施工风险、加快施工进度、降低工程成本的目的。

1 玻璃纤维筋材料特性及力学性能分析

玻璃纤维筋又称玻璃纤维增强塑料（GFRP），由一种热固性的聚合物树脂和纵向连续的E 玻璃纤维通过拉挤、表面处理工艺制成的杆体建筑材料，纤维聚合物表面可采用玻璃纤维束螺旋缠绕，并用树脂包裹，形成类似钢筋的肋齿，以提高与混凝土的握裹性能。玻璃纤维筋强度高、易切割，同时还具有良好的电磁绝缘性，不易腐蚀，耐久性好，玻璃纤维筋的弹性模量较低，一般为40GPa～56GPa，约为钢筋的1/4，与混凝土的握裹力能力比同直径普通钢筋强，弹性模量更接近混凝土弹性模量，玻璃纤维筋受拉时以脆性破坏为主，可达到极限强度而不出现屈服现象。虽然玻璃纤维筋材料早在20世纪90年代就开始研究应用，但在福建建筑市场近几年才开始少量应用，2016年在施工期间项目所在标段取样，送往广东华南理工大学土木与交通检测中心进行原材进场复检，材料检验依据采用《土木工程用玻璃纤维增强筋》JG/T406-2013。

2 玻璃纤维筋钢筋笼的制作、安装、浇筑管理

厦门市轨道交通翁角路站～马青路站区间通风竖井基坑围护结构采用钻孔灌注桩。以玻璃纤维筋替代盾构穿越影响区内的钻孔灌注桩钢筋，通过改进传统的盾构进出洞端头围护结构骨架筋材料类型、减少人工切割破除端头钢筋等工序，优化盾构施工工序，提高盾构进出洞施工的效率、经济性和安全性。

2.1 原材料运输、存储

玻璃纤维筋装卸和运输过程中，不应悬空过长、抛掷或撞击。切割玻璃纤维筋时注意安全防护，佩戴手套、防护眼镜，防止纤维刺入皮肤或碎屑伤到眼睛。存放应水平放置，避免暴晒，纤维杆体材料不应沾染油污。存放时，避免钢筋直接接触泥土地污染钢筋，下垫30cm 方木、沿纵向间隔2m 设置一道，并在上方用塑料彩条布进行覆盖。玻璃纤维筋存放注意顺向排列，按直径大小分开并设置标牌。钢筋笼运输时采用加长板架车，运输过程中要防止钢筋笼变形、断裂，轻吊轻放。

2.2 玻璃纤维筋笼的制作

主筋搭接：本项目钻孔灌注桩玻璃纤维钢筋笼在现场集中制作，并采用长线法施工，玻璃纤维筋的锚固长度，应较普通钢筋适当加大，切削时玻璃纤维筋混凝土构件以脆性破坏为主，先底部紧接着顶部破坏，为此围护构件进出洞影响区域设计采用超筋设计。制作时要按照每根桩的设计图纸和技术规范要求的长度加工，下料时充分考虑到搭接长度，加工时标记预埋件、加强筋位置，尤其要标注进出洞门位置，准确控制玻璃纤维筋定位。

由于玻璃纤维筋不能焊接、不能采用机械套筒连接，钢筋笼钢筋之间的搭接稳固性，影响结构整体稳定以及吊装施工安全，玻璃纤维钢筋主筋、加强筋与普通钢筋，采用U 型螺栓连接牢固，以便钢筋笼吊装，玻璃纤维筋之间的搭接长度、玻璃纤维筋与普通钢筋的搭接长度为40d（d 为玻璃纤维筋直径）。两根竖向主筋搭接时，相邻两根主筋应颠倒搭接且搭接接头相互错开。在同一截面搭接接头数量不应大于主筋数量的50%。U型螺栓连接方式如图1和图2所示。

图1 钢筋与玻璃纤维筋连接示意图

图2 钻孔灌注桩U型螺栓连接图

箍筋要按图纸布置位置制作。本项目采用16mm 玻璃纤维螺旋箍筋间距150mm。施工时应核对螺旋箍筋搭接长度，螺旋箍筋搭接长度为10d（d 为玻璃纤维筋直径）。螺旋箍筋可以采用绑扎方式固定，与纵向主筋交接必须全部绑扎到位，绑扎点采用十字型绑扎，端头采用U型螺栓连接牢固。

2.3 增强钢筋笼刚度及吊装

玻璃纤维筋的弹性模量约为钢筋弹性模量的22%左右，采用玻璃纤维筋的钢筋笼刚度，与普通钢筋笼有较大的差异，应在钢筋笼制作过程中，采用一些增强钢筋笼刚度的措施，避免筋笼吊装过程中发生较大变形，存在安全隐患。本项目采取的措施有：①防止在吊装过程以及运输过程中出现较大的变形。运输及装卸应平放，严禁悬挑，玻璃纤维筋为脆性材料，剪切强度大不如钢筋；②钢筋笼内部采用玻璃纤维筋桁架、筋笼两侧采用吊装后可去除的钢筋椅架；③筋笼吊装过程中，起吊点均需放置在钢筋之上，严禁将起吊点设置在玻璃纤维筋上。钢筋笼安装应根据实际规格尺寸及重量选取吊机，为了保证骨架起吊时不变形，钢筋笼采用三点吊装，吊点设置在钢筋上，吊环设置牢固，方便吊装。

2.4 混凝土灌注防止上浮

安装导管前检查导管密封严密，内壁应光洁无渣，导管按技术规程安放好后其底部与孔底距离约500mm左右。导管内安放隔水塞，确保初灌成功。

围护结构采用商品混凝土，坍落度宜控制在18cm～22cm，至少要有两辆混凝土运输车同时在现场等候，确保运输能力，保证混凝土灌注过程不中断。

采用二次清底，二次清底后马上进行混凝土灌注，由于玻璃纤维筋的比重约为普通钢筋的25%，在混凝土灌注过程中容易产生上浮现象。为防止钢筋笼上浮，应采取可靠措施，本项目采用钢筋笼顶部限位固定及控制混凝土灌注速度：①钢筋笼顶部用工字钢或槽钢穿过吊点，两端与钢护筒焊接一起，利用护筒重量及护筒摩擦力将钢筋笼压住。②在灌注混凝土前要充分清孔，确保孔底不应有大量沉渣。必须在混凝土初凝前完成浇筑，同时要控制灌注速度在4m/h 以内，否则容易导致钢筋笼上浮。导管及时上提、拆管，埋管深度不应超过6m，避免混凝土向上带动钢筋笼。

3 盾构始发端和接收端

3.1 盾构始发端

施工中应对洞口经改良后的土体做质量检查及监测，本项目通风竖井所在的始发和接收端采用水泥旋喷桩进行土体加固，28d无侧限强度≥1.0MPa，洞圈间隙采取密封措施。盾构始发前应采取措施做好盾构的防旋转及基座稳定，并对盾构姿态作复核、检查。在始发阶段应控制盾构推进的初始推力。水泥盾构直接切削玻璃纤维筋时，要及时反复循环冲洗出浆泵，防止掘削玻璃纤维筋时，碎屑漂浮在泥浆上方堵塞出浆泵，顶力控制在10000kN 以下，防止顶力过大造成玻璃纤维筋区域桩体发生突然整体性破坏。

3.2 盾构接收端

盾构接收时，玻璃纤维筋混凝土围护结构承受着盾构顶力与土压力同时同方向的荷载，并且桩的一侧为临空面，因而盾构接收时对盾构顶力大小的控制比对盾构接收时更为严格，必须始终进行监测并对监测反馈参数进行分析，及时调整盾构掘进施工参数。同时做好接收井洞口外土体加固，以及受影响区域洞口围护支撑的有序拆除、临时洞圈应确保密封、接收基座安装等准备工作。盾构到达前100m，必须根据洞门的实测中心位置，对盾构姿态进行调整，确保盾构准确到达。盾构切口距离接收井小于10m时，注意控制盾构推进速度，防止因开挖面压力过大导致洞口围护结构提前断裂，造成地表沉陷甚至坍塌事故。盾构开始切削围护结构时，必须降低油缸推力满仓缓慢掘进，在盾构接收中直接切割围护桩体，盾构顶力减至8000kN以下。待刀盘完全进入围护结构后，方可进行清仓工作，实行敞开式掘进直到盾构安全到达接收基座上。

4 结语

本工程采用玻璃纤维筋代替盾构始发、接收端头井围护结构中切削区域内的钢筋，不但能提高施工效率、减少盾构进出洞施工安全隐患，同时还能节省工程造价。施工过程中为了确保达到预期的设计效果和施工目标，应加强对材料性能的认识，严控搭接质量和吊装作业。充分利用玻璃纤维筋的抗拉强度高、易剪切特性，提高施工效率，避免由人工凿除洞口时出现涌水、涌砂和土体塌落等现象，保证施工安全，具有很好的应用前景和推广价值。