蘇 明,張宏斌
(中鐵隧道集團(tuán)四處有限公司,南寧 530003)
在目前的盾構(gòu)法施工中,TBM(盾構(gòu))不能有效地切割鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。盾構(gòu)穿越鋼筋混凝土墻,通常的施工方法是在穿越前通過人工鑿除鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體,增加了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度、降低了工效低、增加了成本和工期,并存在施工安全隱患。這個(gè)問題困擾地鐵工程中盾構(gòu)穿越的圍護(hù)結(jié)構(gòu)區(qū)域的設(shè)計(jì)及施工多年。正是在這種背景之下,玻璃纖維筋被應(yīng)用于這個(gè)區(qū)域中,解決了此問題。但玻璃纖維筋是一種新型材料,在工程實(shí)踐中的應(yīng)用并不廣泛[1-3],對其的介紹也不多[4]。本文就玻璃纖維筋在南寧軌道交通1號線廣西大學(xué)站中的應(yīng)用,介紹其材料特性、施工規(guī)范及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。
廣西大學(xué)站是南寧市軌道交通工程1號線的第8站,位于南寧市大學(xué)路和明秀路交叉的十字路口,與規(guī)劃的5號線換乘。車站為地下兩層島式車站,全長465 m,兩端為盾構(gòu)始發(fā)井,車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)為800 mm厚的鋼筋混凝土地下連續(xù)墻。
圍護(hù)結(jié)構(gòu)連續(xù)墻車站兩端盾構(gòu)始發(fā)井,盾構(gòu)穿越的洞門范圍內(nèi)的鋼筋均用玻璃纖維筋代替。在遠(yuǎn)期規(guī)劃的5號線隧道盾構(gòu)下穿1號線隧道范圍內(nèi),底板下所有鋼筋也采用玻璃纖維筋代替鋼筋。
1)玻璃纖維筋是采用高性能無堿玻璃纖維與乙烯基樹脂經(jīng)過連續(xù)拉擠成型工藝,制成“全螺紋”的形態(tài),具有良好的力學(xué)性能。
2)玻璃纖維筋的相對密度是1.8~2.1,通過力學(xué)試驗(yàn)(圖1)表明其抗拉強(qiáng)度為450~700 MPa(二級鋼筋屈服強(qiáng)度為335 MPa,三級鋼筋屈服強(qiáng)度為400 MPa),超過相同型號的鋼筋,彈性模量為40~45 GPa。玻璃纖維筋的伸長率小于3%,全螺紋損壞時(shí),纖維縱向斷裂,螺紋筋體間仍有纖維相連。玻璃纖維筋具有良好的耐酸、耐鹽腐蝕性能,強(qiáng)度與剛度穩(wěn)定和較好的抗凍融性。玻璃纖維筋與鋼筋力學(xué)性能對比見表1。
圖1 玻璃纖維筋力學(xué)試驗(yàn)現(xiàn)場及試驗(yàn)效果圖Fig.1 Mechanical testing site and testing result of GFRP
表1 玻璃纖維筋與鋼筋力學(xué)性能對比表Table 1 Characteristic comparison and contrast between GFRP and concrete iron
3)玻璃纖維筋的容重僅為鋼筋容重的1/4左右,比較小。
4)玻璃纖維筋的熱膨脹系數(shù)與混凝土相近,當(dāng)環(huán)境溫度發(fā)生變化時(shí),玻璃纖維筋與混凝土能協(xié)同工作,兩者不會(huì)產(chǎn)生大的溫度應(yīng)力。
5)玻璃纖維筋彈性模量約為普通鋼筋的1/4,玻璃纖維筋中纖維含量通常為70%~80%。
6)玻璃纖維筋熱傳導(dǎo)和電傳導(dǎo)能力低、可切割性能好;但是彈性模量小、脆性大。
玻璃纖維筋縱向具有高抗拉強(qiáng)度,很容易被盾構(gòu)或其他挖掘機(jī)械磨碎,這種獨(dú)特的各向異性高強(qiáng)材料可以作為連續(xù)墻配筋應(yīng)用在盾構(gòu)法或新奧法等隧道工程中,極大地優(yōu)化了隧道施工(始發(fā)和到達(dá))中的機(jī)械化挖掘過程。
盾構(gòu)穿越地下連續(xù)墻的那部分稱為破鏡面,可以使用玻璃纖維筋來構(gòu)造,可顯著提高建設(shè)速度,無需像傳統(tǒng)的鋼筋連續(xù)墻先停機(jī),讓工人進(jìn)入盾構(gòu)與連續(xù)墻之間,挖除混凝土和切割鋼筋。工藝效能對比表見表2。
連續(xù)墻鏡面可采用由鋼筋和玻璃纖維筋相結(jié)合的混合籠,并在盾構(gòu)周圍設(shè)定合適公差,其公差大小可根據(jù)TBM在挖掘隧道過程中的偏移量以及連續(xù)墻混合籠的放置偏移量來進(jìn)行調(diào)整。
表2 工藝效能對比表Table 2 Construction technology comparison and contrast between GFRP and concrete iron
車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用800 mm厚連續(xù)墻,墻幅寬5.0 m。為了減少玻璃纖維筋的用量,玻璃纖維筋只布置在正對盾構(gòu)刀盤中心7.0 m×7.0 m范圍內(nèi)。纖維筋在連續(xù)墻中的設(shè)置見圖2和圖3。
圖2 玻璃纖維筋在盾構(gòu)始發(fā)井處中的設(shè)置示意圖Fig.2 Layout of GFRP at shield launching shaft
圖3 玻璃纖維筋在規(guī)劃5號線下穿段中的設(shè)置示意圖Fig.3 Layout of GFRP at section underneath crossing No.5 line
到目前為止國內(nèi)還沒有玻璃纖維筋的施工規(guī)范及檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn),經(jīng)多次討論和一些國內(nèi)外行業(yè)施工經(jīng)驗(yàn)、標(biāo)準(zhǔn)的借鑒,針對本工程確定以下施工規(guī)范及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn):
1)用玻璃纖維筋代替鋼筋時(shí),其型號較原設(shè)計(jì)鋼筋直徑大一個(gè)等級,如原設(shè)計(jì)鋼筋為φ32 mm,玻璃纖維筋則采用φ36 mm的代替方可。
2)玻璃纖維筋主筋與水平筋、箍筋之間采用綁扎方式連接,玻璃纖維筋與鋼筋的搭接按照40d的要求搭接,主筋之間采用“U”螺栓進(jìn)行連接(圖4為玻璃纖維筋“U”型螺栓連接示意圖,圖5為“U”型螺栓連接實(shí)體及綁扎照片)。
圖4 玻璃纖維筋“U”型螺栓連接示意圖Fig.4 Sketch shows the connecting of GFRP U-shape bolt
圖5 “U”型螺栓連接實(shí)體及綁扎現(xiàn)場照片F(xiàn)ig.5 U-shape bolt connection and site photo
3)搭接驗(yàn)收允許誤差-100 mm~+100 mm。
4)玻璃纖維筋表面不得有裂紋、結(jié)疤和纖維露出,表面缺陷的深度和高度不得大于所在部位尺寸的允許偏差。
5)其他與國家相關(guān)施工規(guī)范中的規(guī)定相同。
1)由于玻璃纖維筋相對鋼筋剛度較低,在起吊前必須對玻璃纖維筋和鋼筋的組合籠進(jìn)行加固。現(xiàn)場采用φ32 mm的鋼筋做成臨時(shí)支撐框架對玻璃纖維筋部分進(jìn)行加固,增強(qiáng)整個(gè)鋼筋籠的整體性,保證吊裝安全。支撐框采用“U”型螺栓固定在玻璃纖維筋籠上,并在連續(xù)墻籠吊起后沉入溝槽前把支撐架移除(見圖6和圖7)。
圖6 鋼筋籠吊裝臨時(shí)支架圖Fig.6 Temporary hoisting support of concrete iron
圖7 臨時(shí)支架實(shí)體照片F(xiàn)ig.7 Photo of temporary support
2)綁扎后的玻璃纖維筋和鋼筋組合連續(xù)墻籠必須豎起吊至豎直平面。起吊過程必須保證鋼筋籠架的穩(wěn)定和完整(見圖8)。
3)連續(xù)墻起吊共設(shè)置2臺(tái)吊機(jī),8個(gè)吊點(diǎn)。主吊機(jī)4個(gè)吊點(diǎn),輔助吊機(jī)4個(gè)吊點(diǎn)起吊(圖8)。在鋼筋和纖維筋相連接的位置必須設(shè)置吊點(diǎn),起吊時(shí)專人指揮,緩慢升起以防止起吊撓度過大。
圖8 吊裝Fig.8 Hoisting
4)當(dāng)連續(xù)墻鋼筋籠提升至豎直平面內(nèi)后,將其移動(dòng)到墻幅位置。臨時(shí)支撐必須在整個(gè)籠置于槽段前全部移除。
1)玻璃纖維筋應(yīng)放置在鋼支撐或木支撐上進(jìn)行綁扎,避免將纖維筋鋼筋籠直接放置在地面上。其作用是為防止纖維筋表面被地面的碎屑污染或刮傷,造成握裹力的損失。由于纖維筋的剛度較低,應(yīng)注意在纖維筋籠部分下面多放置枕木。
2)禁止在現(xiàn)場對已熱固化的玻璃纖維筋進(jìn)行冷加工。
3)縱向主筋的搭接應(yīng)在連續(xù)墻盾構(gòu)掘進(jìn)區(qū)域外圍進(jìn)行??v向鋼筋搭接區(qū)以外的其他節(jié)點(diǎn)可以使用普通鐵絲、冷軋鐵帶或塑料尼龍帶進(jìn)行固定。
4)操作工人必須佩戴手套,以防止玻璃纖維筋表面纖維和鋒利邊緣造成傷害。
5)由于高溫、紫外線和化學(xué)物質(zhì)可能會(huì)對玻璃纖維筋造成傷害,所以盡量使材料遠(yuǎn)離這樣的環(huán)境。
6)在安裝過程中玻璃纖維筋有可能被一些外加劑或者其他物質(zhì)造成一定的表面污染,這樣會(huì)影響其與混凝土的黏結(jié)效果,所以在混凝土結(jié)構(gòu)使用之前,操作人員應(yīng)該用溶劑將這些污染物質(zhì)擦拭干凈。
7)玻璃纖維筋的切割采用電鋸進(jìn)行。在操作玻璃纖維筋切割時(shí),要佩戴防塵面具、手套、眼鏡,用以保護(hù)操作人員的眼睛。
1)玻璃纖維筋在南寧軌道交通1號線廣西大學(xué)站盾構(gòu)井及5號線下穿段連續(xù)墻的施工中得到了成功應(yīng)用,解決了玻璃纖維筋在大斷面范圍內(nèi)使用鋼筋籠加工及吊裝難題,為盾構(gòu)機(jī)穿越提供了條件。
2)本工程實(shí)踐證明:采用玻璃纖維筋代替鋼筋的圍護(hù)結(jié)構(gòu),可以節(jié)省成本、縮短盾構(gòu)井穿越時(shí)間、減少對地面環(huán)境的干擾。
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