深圳市地铁集团有限公司
摘要：近几年来中国玻璃纤维行业快速发展，采用玻璃纤维（GFRP）筋替代钢筋应用于地铁盾构井处的围护桩，有效的提高了盾构进、出洞的效率，达到成本节约的目的，同时提高工程安全性。
关键词：玻璃纤维筋、盾构井、弹性模量、出洞效率、安全性、社会效益
引言
我国城市轨道交通迅猛发展，截至2017年底，全国共有34个城市开通运营了城市轨道交通，投入运营的线路有155条，运营总里程达4642公里。预计“十三五”末，全国城市轨道交通的运营里程将超过6000公里。地铁造价高昂，平均每公里投资5亿元，为此，地铁工程建设成本的更加精心化、节约化显得尤为重要。
新材料、新技术在地铁工程中的应用便是节约成本的一个有效措施。中国玻璃纤维行业近几年来快速发展，采用玻璃纤维（GFRP）筋替代钢筋应用于地铁盾构井处的围护桩，有效的提高了盾构进、出洞的效率，达到成本节约的目的，同时提高工程安全性。
1、设计概况
车公庙枢纽站集中布置于深南大道与香蜜湖路交叉处西南象限，11号线车站与7、9号线车站呈L型设置，11号线车公庙站位于深南大道南侧主干道下，呈东西走向；7、9号线车公庙站位于香蜜湖路与泰然工贸园之间，沿香蜜湖路呈南北走向。车公庙枢钮站出入口附属通道共计约1103.75m，其中明挖法施工通道长575.75m、暗挖法施工通道长361m、顶管法施工通道长167m。
本车站共设8个盾构井，采用玻璃纤维筋代替钢筋应用于盾构井盾构掘进范围的围护桩，其主筋玻璃纤维筋直径有Φ28、Φ32两种，螺旋箍玻璃纤维筋Φ10～Φ18四种，加劲箍玻璃纤维筋为Φ20。
2、玻璃纤维筋性能
玻璃纤维筋材（GFRP）其成型工艺是将高强纤维丝浸渍专用环氧树脂基体后在光电热一体的高速聚合装置内受热固化，经牵引连续拉挤成型。其具有以下特性：
2.1强度高
用玻璃纤维做成的复合材料筋材，其抗拉强度与高强钢材接近。
2.2耐腐蚀
玻璃纤维复合材料筋的寿命为钢筋的两倍。
2.3弹性模量
玻璃纤维复合材料筋的拉伸弹性模量介于普通钢材和高强钢材之间，
2.4疲劳特性
玻璃纤维复合筋材的疲劳极限较高，约为静荷强度的70%～80%，并在破坏前有变形显著的征兆。
2.5容重轻
玻璃纤维筋比重仅为钢筋的1/4，易于安装和运输。
表1 玻璃纤维筋性能参数表
从上面的数据可以看出，是一种各向异性的非塑性材料，具有很高的抗拉强度及较高的静态抗剪强度，但同时动态抗剪強度很低，所以配有刮刀跟滚轮的盾构机很容易通过配有玻璃纤维筋的围护桩。
3、玻璃纤维筋在地铁施工中的工艺原理
由于玻璃纤维筋的性能大致与钢筋相似，与混凝土收缩系数大致相同，并且能够很好的与混凝土粘结，具有较低的抗剪强度以及较高的抗拉强度，能够被盾构机的磨削破碎、刀盘切割，所以在地铁盾构井围护结构中可以将玻璃纤维筋取代普通钢筋，减少人工切割、凿除盾构范围内支护桩，并大大减少盾构刀盘的切割损耗，提升盾构进洞与出洞的效率，在有效提升地铁施工安全性的同时，也实现了经济效益的显著增加。除此之外，玻璃纤维筋旋工机具简便，施工工序精简，操作极为便捷。
4、玻璃纤维筋在地铁施工中的施工要点分析
玻璃纤维筋在地铁施工中应做到如下规范要求:①在连接钢筋与玻璃纤维筋或连接不同尺寸的玻璃纤维筋时应采取绑扎方式;②由于玻璃纤维筋的尺寸不能随意改变，且仅能加工一次，所以在加工维护结构玻璃纤维筋笼时，应准确掌握玻璃纤维筋的截面面积以及尺寸大小。③玻璃纤维筋宜作为架立筋，而不应将其作为受压筋。④应保证玻璃纤维筋表面有缠绕成型，以增加混凝土与玻璃纤维筋的粘合力。⑤应严格按照设计图纸来搭接混凝土与玻璃纤维筋，根据40d来搭接玻璃纤维筋与玻璃纤维筋。⑥确保玻璃纤维筋中玻璃纤维含量在7080%范围内，并且确保玻璃纤维必须为无碱玻璃纤维粗纱。⑦由于玻璃纤维筋是由热固性树脂制作而成，通常将其定型后其形状不会发生改变，虽然受到外力影响时会出现一定程度的变形，但卸荷后其会马上恢复其原先的形状，因此不需要采用钢筋调直机等调制设备。⑧应确保玻璃纤维筋完好无损，严禁出现结疤、裂缝以及纤维露出的现象，避免由于表面缺陷而出现偏差。
5、玻璃纤维桩施工
5.1构造骨架
制作2套临时的钢筋框架以支持和保护玻璃纤维筋。
相邻两个玻璃纤维筋加劲箍之间加设钢筋斜撑用以玻璃纤维筋笼起吊过程中平衡受力，下笼前将钢筋斜撑拆除。
在临时钢筋框架的边缘（底部）加设Φ28加强箍以加固整个框架，加劲箍单侧顺主筋方向焊Φ28钢筋腿，采用钢丝绳卡扣紧。
5.2玻璃纤维筋摆放与加固
按施工图中的位置放置玻璃纤维筋。
主筋搭接部分用钢丝绳卡固定，主筋与加劲箍采用14#铁丝绑扎，主筋与螺旋箍采用20#扎丝绑扎。主筋搭接长度40d。
5.3起吊与转运
将Φ28的钢筋放在临时钢筋框架上表面的对角线位置再用钢丝绳卡固定，用起重机按吊点缓慢地将笼架吊起至垂直面。
调整并移动笼架到要求位置，下放至孔口。
5.4短笼对接
采用同样的方法将另一段加工好的玻璃纤维筋笼吊至孔口。
对好主筋错开搭接，用钢丝绳卡扣紧连接两段短笼，每条钢筋搭接处使用2只钢丝绳卡。
盘螺旋箍筋，采用20#扎丝呈梅花形绑扎。
5.5临时钢筋骨架拆除
最后，放下连接好的笼架同时拆下所有的支撑物及临时的钢框架。
图1 构造骨架 图2 主筋绑扎
6、玻璃纤维筋在地铁施工中的注意事项
由于玻璃纤维筋的表面极易受到损伤，从而容易让碱性介质渗人其中，师德材料强度降低而导致耐久性下降。因此，在施工过程中应注意以下几点内容:①保持玻璃纤维筋的清洁，将其放于垫板上面，严禁直接将其放在地面上。②施工人员需配带施工手套，避免玻璃纤维筋表面锋利的边缘或纤维对施工人员造成伤害。③必要时可采用电锯来对玻璃纤维筋进行切割，并要求施工人员佩戴防护面罩、眼镜等。④应尽可能将玻璃纤维筋原理紫
外线、高温或化学物质。⑤玻璃纤维筋表面被外加剂或其他物质造成污染的，应及时将其擦拭干净，以避免影响玻璃纤维筋与混凝土的粘结效果。
7、经济效益
以A型玻璃纤维筋桩为例，单个洞门成本分析对比见表2所示。
盾构出口成本分析表明，纤维筋围护桩的桩体费用减少1.6万元，盾构破洞门费用减少25.45万元，措施费节约1.2万元；总计节省费用28.25万元，节省工期约20天。通过单洞门成本比较显示：从总体来说，玻璃纤维筋桩比钢筋桩的综合成本低，整体经济效益良好，简化施工工序，提高了施工效率。
8、总结
在可持续发展战略的指导下，加快城市轨道交通产业链的现代化进程。用玻璃纤维筋替代围护桩中的钢筋，既可以提高盾构进出洞时的安全性，又节省了材料、时间，具有明显的经济效益。同时由于工期的缩短和安全性的提高，减少了对地面和环境的干扰，特别是减少了灾害性的事故发生，改善了施工环境，具有长远的社会效益。
名词解释：
①巴氏硬度：巴柯尔(Barcol)硬度(简称巴氏硬度),最早由美国Barber-Colman公司提出，是近代国际上广泛采用的一种硬度门类，一定形状的硬钢压针，在标准弹簧试验力作用下，压入试样表面，用压针的压入深度确定材料硬度，定义每压入0.0076mm为一个巴氏硬度单位。巴氏硬度单位表示为HBa。
②线胀系数：固态物质的温度改变1°c时，其长度的变化与它在0°c时的长度之比，用α表示。线胀系数的单位是“度^-１”。
参考文献
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[2]《ACI318-05中文版美国混凝土结构设计规范》
[3]玻璃纤维筋混凝土在地铁工程中的设计与应用[J].卢致强,刘建伟,徐晓鹏.四川建筑科学研究.2010(05)
[4]玻璃纤维(GFRP)筋在地下连续墙施工中的应用[J].彭惠.中国市政工程.2008(04)
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[6]玻璃纤维筋在城市地铁围护结构施工中的应用[J].于学义.施工技术.2011(S1)
[7]玻璃纤维筋混凝土在地铁工程中的设计与应用[J].卢致强,刘建伟,徐晓鹏.四川建筑科学研究.2010(05)
论文作者:魏来
论文发表刊物:《基层建设》2018年第28期
论文发表时间:2018/11/17
标签：玻璃纤维论文; 盾构论文; 钢筋论文; 地铁论文; 硬度论文; 混凝土论文; 钢丝绳论文; 《基层建设》2018年第28期论文;