劉 軍 原海軍 李京凡 周 洪 宋旱云

(1.北京建筑大學(xué) 北京100044;2.北京城市快軌建設(shè)管理有限公司 北京100027;3.北京市重大項(xiàng)目建設(shè)指揮部辦公室 北京100065)

1 玻璃纖維的研究應(yīng)用現(xiàn)狀

盾構(gòu)法施工一般劃分為三個(gè)階段，即盾構(gòu)始發(fā)、正常掘進(jìn)、盾構(gòu)接收［1］。目前地鐵車站或盾構(gòu)井是盾構(gòu)始發(fā)與接收的必要條件，而且在盾構(gòu)掘進(jìn)中往往要穿越已施作完畢的區(qū)間附屬結(jié)構(gòu)(如風(fēng)道、聯(lián)絡(luò)通道、既有其他結(jié)構(gòu))，而這些結(jié)構(gòu)一般均為鋼筋混凝土材料，在盾構(gòu)始發(fā)與到達(dá)及穿越前必須要破除洞口的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，在破除過(guò)程中存在較大的施工安全風(fēng)險(xiǎn)，且工期較長(zhǎng)。破除后的外側(cè)地層如直接暴露，則易出現(xiàn)涌水和坍方，造成周圍地層沉降甚至塌方，進(jìn)而造成盾構(gòu)無(wú)法正常始發(fā)與接收等。例如，南京地鐵元通站，2007年工人在割除洞口處支護(hù)結(jié)構(gòu)鋼筋時(shí)，土體突然坍塌，發(fā)生涌水涌砂現(xiàn)象，造成地面嚴(yán)重變形塌陷，塌陷長(zhǎng)度達(dá)150 m;廣州地鐵赤崗塔站，始發(fā)端頭加固采用C15素混凝土地下連續(xù)墻，2008年在鑿除洞口處的灌注樁時(shí)發(fā)生涌水涌砂，洞口土體坍塌，水與砂涌入盾構(gòu)端頭井，水位達(dá)到齊腰，所幸無(wú)人員傷亡;北京地鐵黃村站，盾構(gòu)端頭井未加固，2009年在盾構(gòu)到達(dá)洞口前，土體突然從樁間噴涌而出，造成地表塌陷，并使端頭處污水管線爆裂，造成很大損失;北京地鐵高米店南站，盾構(gòu)端頭井采用旋噴樁加固，2009年洞口在鑿除支護(hù)樁時(shí)，支護(hù)樁突然倒塌，造成一名工人受傷［2］。此類事故不勝枚舉，上海、長(zhǎng)沙、天津等地區(qū)均出現(xiàn)過(guò)該類事故。尋求一種能利用盾構(gòu)刀具直接切割的方法是擺在工程技術(shù)人員面前的課題。

玻璃纖維(glass fiber reinforced polymer，GFRP)筋是一種玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，由玻璃纖維和樹(shù)脂經(jīng)熱融合而成，可加工成與鋼筋一樣的形式與尺寸。與鋼筋相比，GFRP筋具有抗拉強(qiáng)度高、重量輕、可切割性好、抗腐蝕性能好、熱傳導(dǎo)和電傳導(dǎo)能力低等優(yōu)點(diǎn)，在很多情況下可以用來(lái)代替普通鋼筋。GFRP筋作為一種新型的建筑材料，能夠適應(yīng)現(xiàn)代工程結(jié)構(gòu)向大跨、高聳、重載、高強(qiáng)和輕質(zhì)發(fā)展，并能承受惡劣的環(huán)境條件，符合現(xiàn)代施工技術(shù)的工業(yè)化要求，且價(jià)格相對(duì)比較便宜，因而在用于替代鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的鋼筋研究中備受關(guān)注，正被廣泛應(yīng)用在各類工程結(jié)構(gòu)中。

GFRP筋已應(yīng)用在盾構(gòu)始發(fā)與到達(dá)中，并在成都、長(zhǎng)沙、東莞、廣州、深圳等城市獲得了成功，在北京直徑線盾構(gòu)隧道始發(fā)中也已得到初步應(yīng)用。在盾構(gòu)施工中，利用易于切割的材料——玻璃纖維筋替代洞口處的鋼筋而實(shí)現(xiàn)直接切削，這是目前進(jìn)行盾構(gòu)始發(fā)與接收的一種趨勢(shì)，可以免除由于鑿除鋼筋混凝土而帶來(lái)的安全風(fēng)險(xiǎn)。

2 玻璃纖維筋材料的基本力學(xué)性能

玻璃纖維(GFRP)筋產(chǎn)品是以纖維為主體材料，以合成樹(shù)脂(如聚酰胺樹(shù)脂、聚乙烯樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂等)為輔助材料，采用拉擠工藝、在線纏繞以及在線涂層等工藝生產(chǎn)出來(lái)的一種新型復(fù)合材料(見(jiàn)圖1)。玻璃纖維提供了鋼筋所需要的高強(qiáng)度，樹(shù)脂提供了較好的耐腐蝕性能。與傳統(tǒng)鋼材相比，玻璃纖維筋是水泥結(jié)構(gòu)中鋼材的理想替代材料。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的GFRP筋廠家較多，正規(guī)的生產(chǎn)廠家產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定可靠，廣東出臺(tái)的地方標(biāo)準(zhǔn)DB44/T 497—2008《土木工程用玻璃纖維筋增強(qiáng)復(fù)合材料(GFRP)筋》，對(duì)GFRP筋的基本性質(zhì)做了明確規(guī)定。

圖1 玻璃纖維筋

GFRP筋一般具有如下特性:

1)抗拉強(qiáng)度高?？估瓘?qiáng)度優(yōu)于普通鋼材，高于同規(guī)格鋼筋的20%，而且抗疲勞性好。

2)質(zhì)量輕。僅為同體積鋼筋的1/4，密度在1.5～1.9 g/cm3之間。

3)耐腐蝕性強(qiáng)。耐酸堿等化學(xué)物的腐蝕，可抵抗氯離子和低pH值溶液的侵蝕，尤其是抗碳化合物和氯化合物的腐蝕性更強(qiáng)。

4)易切割、施工方便。刀盤(pán)可直接切割，可按用戶要求生產(chǎn)各種不同截面和長(zhǎng)度的標(biāo)準(zhǔn)及非標(biāo)準(zhǔn)件，現(xiàn)場(chǎng)綁扎可用非金屬拉緊帶，且操作簡(jiǎn)單。

5)可設(shè)計(jì)性強(qiáng)。因彈性模量穩(wěn)定，熱應(yīng)力下尺寸穩(wěn)定，折彎等形狀可任意熱成形;安全性能好，不導(dǎo)熱、不導(dǎo)電、阻燃抗靜電，通過(guò)配方改變與金屬碰撞不會(huì)產(chǎn)生火花。

近年來(lái)，國(guó)外學(xué)者對(duì)GFRP筋以及在混凝土結(jié)構(gòu)中用GFRP筋代替鋼筋進(jìn)行了廣泛研究，并取得了一定成果。但是，國(guó)內(nèi)在該領(lǐng)域的研究和應(yīng)用尚處于起步階段，國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)主要參照美國(guó)混凝土委員會(huì)(ACI-440)規(guī)范［3］(2006)中有關(guān)材料與混凝土的規(guī)定，玻璃纖維筋抗拉強(qiáng)度為480～1 600 MPa，彈性模量為35～50 GPa。Weber［4］(2006)認(rèn)為研究玻璃纖維筋混凝土應(yīng)先研究其基本性質(zhì)，在對(duì)玻璃纖維筋應(yīng)力-應(yīng)變的研究中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)明顯的屈服階段，得出其抗拉強(qiáng)度為1 100 MPa，彈性模量為60 GPa，延伸率為1.9%。筆者為了探討玻璃纖維筋的基本力學(xué)特性，取6個(gè)樣品對(duì)其進(jìn)行了試驗(yàn)，并與同直徑的鋼筋進(jìn)行了對(duì)比分析(見(jiàn)表1)，其應(yīng)力-位移曲線參見(jiàn)圖2。

表1 GFRP筋與鋼筋基本力學(xué)性質(zhì)

圖2 GFRP筋應(yīng)力-位移曲線

通過(guò)表1可以看出:實(shí)驗(yàn)結(jié)果與其他學(xué)者的類似，鋼筋的彈性模量為GFRP筋的4倍，抗拉強(qiáng)度比較接近，極限應(yīng)變?yōu)?.66%，鋼筋在拉力達(dá)到487 MPa時(shí)開(kāi)始屈服。通過(guò)對(duì)圖2分析可知，對(duì)于相同直徑的GFRP筋和鋼筋:鋼筋應(yīng)力-位移曲線在屈服之前為直線，在屈服之后進(jìn)入塑性階段;GFRP筋的應(yīng)力-位移曲線為直線，在破壞之前無(wú)明顯的屈服點(diǎn)，為脆性破壞。國(guó)內(nèi)其他學(xué)者都獲得了類似結(jié)論。

從以上材料的力學(xué)基本性能研究可以獲得如下結(jié)論:在保證生產(chǎn)質(zhì)量的前提下，玻璃纖維筋的基本力學(xué)性質(zhì)是穩(wěn)定的，如對(duì)于φ20的GFRP筋要求抗拉強(qiáng)度≥600 MPa，彈性模量≥40 GPa，這也是推廣應(yīng)用的前提條件。

3 玻璃纖維筋混凝土設(shè)計(jì)基礎(chǔ)理論

使用GFRP筋來(lái)代替部分鋼筋或預(yù)應(yīng)力鋼筋用在混凝土結(jié)構(gòu)中，在美國(guó)、日本、加拿大等國(guó)家做了大量的相關(guān)研究。Brown［5］等(1993)對(duì)6根GFRP筋混凝土梁試件進(jìn)行了受彎試驗(yàn)，試驗(yàn)中梁是延性破壞，其破壞強(qiáng)度與理論預(yù)測(cè)值非常相近。然而，由于GFRP筋的彈性模量較低，導(dǎo)致梁體裂縫數(shù)目增多、裂縫寬度增加、撓度增大。Alsayed［6］(1998)對(duì)3組GFRP筋混凝土梁和1組鋼筋混凝土梁進(jìn)行了抗彎性能對(duì)比試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，GFRP筋混凝土梁的結(jié)構(gòu)性能在很多方面類似于普通鋼筋混凝土梁。Bradberry［7］(2011)認(rèn)為由于GFRP筋呈脆性破壞，應(yīng)力-應(yīng)變曲線沒(méi)有屈服點(diǎn)，因而GFRP筋用于混凝土結(jié)構(gòu)時(shí)需按超筋設(shè)計(jì)，以確保破壞模式為混凝土受壓破壞，并避免GFRP筋的突然脆性斷裂導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)突發(fā)失效和破壞。Dong［8］等(2012)進(jìn)行了梁和板的彎曲試驗(yàn)，采用不帶橫向鋼筋的拼接GFRP筋來(lái)測(cè)定黏結(jié)強(qiáng)度，測(cè)試變量包括搭接長(zhǎng)度、保護(hù)層厚度、鋼筋間距。試驗(yàn)結(jié)果表明，GFRP筋的黏結(jié)強(qiáng)度均低于鋼筋的黏結(jié)強(qiáng)度，GFRP筋梁全部在搭接部分出現(xiàn)混凝土開(kāi)裂破壞。

對(duì)于GFRP筋混凝土的設(shè)計(jì)理論，國(guó)內(nèi)雖然起步較晚，但已做了大量研究工作。高丹盈［9］等(2001)通過(guò)對(duì)受壓區(qū)和受拉區(qū)混凝土應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線的簡(jiǎn)化，建立了GFRP筋混凝土梁彎矩曲率的計(jì)算模式，提出了纖維增強(qiáng)塑料筋混凝土梁彎矩曲率的簡(jiǎn)化計(jì)算公式以及相應(yīng)的載荷撓度計(jì)算公式。崔強(qiáng)［10］等(2007)推導(dǎo)出GFRP筋混凝土梁斜截面承載力的理論計(jì)算公式，并進(jìn)一步探討斜截面裂縫及撓度的特征，提出計(jì)算公式。鄒永威［11］等(2008)推導(dǎo)圓形截面構(gòu)件筋材應(yīng)力公式和截面彎矩計(jì)算公式，確定GFRP筋圍護(hù)樁為受壓破壞的設(shè)計(jì)原則，分析GFRP筋圍護(hù)樁承載力。翟世鴻［12］等(2008)通過(guò)ANSYS對(duì)用于盾構(gòu)隧道進(jìn)口的玻璃纖維筋混凝土雙向板的受彎性能進(jìn)行了非線性全過(guò)程分析，并對(duì)玻璃纖維筋混凝土雙向板和鋼筋混凝土雙向板的受力機(jī)理進(jìn)行了分析比較。結(jié)果表明，通過(guò)合理選擇有限元數(shù)值模型，可以較好地模擬玻璃纖維筋混凝土雙向板的受彎性能，其跨中撓度較大，但極限承載力比鋼筋混凝土雙向板的高，可以滿足盾構(gòu)隧道進(jìn)口處擋土墻的強(qiáng)度要求。盧致強(qiáng)［13］等(2010)以普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)理論為依據(jù)，得到玻璃纖維筋混凝土構(gòu)件正截面及斜截面的近似計(jì)算公式，得出了玻璃纖維筋混凝土構(gòu)件脆性破壞的機(jī)理，應(yīng)用于成都地鐵基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)并獲得了成功。

由GFRP筋力學(xué)性能試驗(yàn)研究可知，由于GFRP筋是高抗拉強(qiáng)度、低彈性模量的線彈性脆性材料，其受力破壞機(jī)理不完全等同于鋼筋混凝土構(gòu)件，但作為與混凝土組成的復(fù)合材料，可采用類似的研究方法，即基于平截面假定和力的平衡，在將受壓區(qū)混凝土的應(yīng)力圖形簡(jiǎn)化成等效矩形應(yīng)力圖形的基礎(chǔ)上，針對(duì)GFRP筋混凝土構(gòu)件的破壞模式來(lái)確定其正截面承載力的計(jì)算方法。

4 在盾構(gòu)始發(fā)與接收中的研究與應(yīng)用

在地鐵盾構(gòu)端頭井的圍護(hù)結(jié)構(gòu)工程中，GFRP筋作為普通鋼筋的替代品，在國(guó)外已有一定程度的發(fā)展，在國(guó)內(nèi)也得到了一定程度的應(yīng)用，如在成都、長(zhǎng)沙、東莞、廣州、深圳、北京等城市，2012年底我國(guó)頒布了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)CJJ/T 192—2012《盾構(gòu)可切削混凝土配筋技術(shù)規(guī)程》，該規(guī)程主要是根據(jù)南方的應(yīng)用情況而制定的，對(duì)設(shè)計(jì)、施工及質(zhì)量驗(yàn)收方面做了一些規(guī)定。

文獻(xiàn)［4］介紹了美國(guó)、荷蘭、德國(guó)、南非等國(guó)家在地鐵中對(duì)GFRP筋的應(yīng)用，認(rèn)為盾構(gòu)直接切削圍護(hù)結(jié)構(gòu)效果極好，不僅能降低工程費(fèi)用，而且能夠提高施工速度，并從GFRP筋混凝土的強(qiáng)度、耐久性等方面做出分析，認(rèn)為GFRP筋混凝土與鋼筋混凝土具有許多類似的地方。

國(guó)內(nèi)彭惠［14］(2008)結(jié)合崇明長(zhǎng)江隧道長(zhǎng)興島岸邊段盾構(gòu)穿越地下墻進(jìn)洞的工程實(shí)例，通過(guò)有限元的理論計(jì)算與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的對(duì)比分析，介紹了GFRP筋代替地下墻鋼筋籠的起吊，采用新型桁架的施工工藝(見(jiàn)圖3)。蔣小銳［15］(2009)以深圳地鐵5號(hào)線大學(xué)城站工程為背景，通過(guò)研究認(rèn)為采用GFRP筋替代鋼筋應(yīng)用于地鐵盾構(gòu)井處的地下連續(xù)墻，能有效提高盾構(gòu)進(jìn)、出洞的效率，降低盾構(gòu)刀盤(pán)的切割損耗，同時(shí)可提高工程安全性。林剛［16］等(2009)以成都地鐵1號(hào)線后子門(mén)盾構(gòu)井為背景，通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)、理論推導(dǎo)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)等手段對(duì)GFRP筋在盾構(gòu)端頭井圍護(hù)結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用進(jìn)行了論述，采用GFRP筋代替盾構(gòu)端頭井圍護(hù)結(jié)構(gòu)中的鋼筋不但可以減少盾構(gòu)進(jìn)出洞事故，提高施工效率，還可以減少端頭井地層加固費(fèi)用。李輝龍［17］等(2010)闡述了北京地下直徑線盾構(gòu)施工始發(fā)井支護(hù)結(jié)構(gòu)地下連續(xù)墻GFRP筋混凝土施工技術(shù)。鐘明［18］(2010)介紹了東莞地鐵R2線珊美站站小里程端盾構(gòu)工程應(yīng)用GFRP筋的情況。王曉璜［19］(2010)結(jié)合廣州市番禺區(qū)漢溪下穿隧道工程施工1標(biāo)的具體特點(diǎn)，在明挖式隧道基坑支護(hù)樁時(shí)，將規(guī)劃盾構(gòu)范圍內(nèi)以GFRP筋代替普通鋼筋，實(shí)現(xiàn)了盾構(gòu)直接切割混凝土及筋材，認(rèn)為既可提高盾構(gòu)通過(guò)時(shí)的安全性，又節(jié)省了材料和時(shí)間，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

圖3 吊裝中的玻璃纖維筋籠

北京地鐵15號(hào)線應(yīng)用GFRP筋替代洞口附近同直徑的鋼筋，成功始發(fā)，本文并從施工的安全性、工期及經(jīng)濟(jì)效益方面做了初步統(tǒng)計(jì):

1)安全方面。盾構(gòu)的始發(fā)、接收部位不僅開(kāi)口作業(yè)環(huán)境極其艱苦，同時(shí)由于墻體的開(kāi)鑿破壞、土體的暴露，易出現(xiàn)土體塌方，導(dǎo)致地表下沉并危及地下管線和附近的建筑物，若有地下水則危險(xiǎn)性更大。這一施工過(guò)程不僅工序復(fù)雜，而且需嚴(yán)密的施工組織，以防發(fā)生危險(xiǎn)和對(duì)人身造成傷害。使用GFRP筋替代圍護(hù)樁中的鋼筋，使盾構(gòu)井出洞時(shí)可以直接切割筋材，避免了上述的諸多工序和影響人身安全的危險(xiǎn)因素。

2)工期方面。常規(guī)盾構(gòu)穿越洞門(mén)前，必須鑿除洞門(mén)范圍內(nèi)圍護(hù)樁，待圍護(hù)樁鑿除并清理殘?jiān)?，盾?gòu)機(jī)進(jìn)洞，通常需要9 d時(shí)間。而采用GFRP筋替代樁內(nèi)鋼筋，盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)直接切削樁體，省去了鑿樁，僅用1d時(shí)間即可成功始發(fā)。

3)經(jīng)濟(jì)方面。以單個(gè)洞口為例，每個(gè)洞口含6根GFRP筋樁，增加了不同直徑的GFRP筋費(fèi)用，但減少了洞口處鋼筋及鑿除混凝土樁的費(fèi)用，總費(fèi)用中使用GFRP筋后有所減少。

GFRP筋在國(guó)內(nèi)外盾構(gòu)工程中均獲得了較為廣泛的應(yīng)用，采用盾構(gòu)直接切割樁墻體的方法不僅安全性高，而且施工速度快，經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益明顯，是值得進(jìn)一步推廣應(yīng)用的方法。

5 發(fā)展趨勢(shì)

5.1 在深層地下空間的應(yīng)用

隨著城市化進(jìn)程的加快、地鐵線路的增加，必然會(huì)出現(xiàn)大量的線路交叉、換乘問(wèn)題，或出現(xiàn)快速地鐵。下穿工程意味著車站和區(qū)間隧道埋深大大增加，使地鐵埋深有向更深度化發(fā)展的趨勢(shì)。對(duì)于深埋地鐵，區(qū)間施工仍以盾構(gòu)法為主，而目前常規(guī)的端頭井土體加固方法很難應(yīng)用在深埋地鐵的始發(fā)與接收中。目前國(guó)內(nèi)外盾構(gòu)端頭井的加固方法有高壓旋噴法、水泥土攪拌法、注漿加固法、凍結(jié)法、素樁(墻)法等，在淺埋情況下這些方法均具有一定的適應(yīng)性，在埋深較大的情況下會(huì)遇到各種復(fù)雜的工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件，如北京在埋深30～50 m時(shí)會(huì)遇見(jiàn)卵漂石、多層承壓水，這些常規(guī)方法的效果很難保證，甚至可以說(shuō)是不可行的。

另外，鑿除樁(墻)體不僅難度大、工期長(zhǎng)，而且風(fēng)險(xiǎn)更大。因此，在樁(墻)中應(yīng)用易于切割的材料替代洞口附近的鋼筋，使盾構(gòu)直接切割樁(墻)體，實(shí)現(xiàn)無(wú)障礙始發(fā)與接收，這是深埋盾構(gòu)施工中的首選方法。

5.2 端頭井加固的優(yōu)化

目前盾構(gòu)端頭井土體的加固范圍為9 m×12 m(見(jiàn)圖4)，加固區(qū)一般要求均勻加固，且要求土體的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度達(dá)到0.8 MPa、滲透系數(shù)達(dá)到1×10-6cm/s，采用5.1中所述的加固方法。前已述及，端頭井土體加固后仍然出現(xiàn)了工程事故，可見(jiàn)端頭井加固的效果不易保證。采用GFRP筋替代洞口附近的鋼筋實(shí)現(xiàn)無(wú)障礙始發(fā)后，避免了人工鑿除樁(墻)體，通過(guò)一定的輔助方法使得盾構(gòu)土倉(cāng)壓力盡快建立起來(lái)，以平衡機(jī)頭前方的水土壓力，使加固范圍得到一定程度的優(yōu)化，從而減少了土體加固的費(fèi)用。例如，成都地鐵1號(hào)線一期工程騾馬市站-天府廣場(chǎng)站區(qū)間的單線始發(fā)井盾構(gòu)在進(jìn)出洞前未對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的背后土體進(jìn)行任何加固處理，在盾構(gòu)始發(fā)與接收時(shí)，對(duì)盾構(gòu)端頭井地層進(jìn)行了降水處理，在降水條件下盾構(gòu)機(jī)直接切割了玻璃纖維筋樁的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，盾構(gòu)始發(fā)和到達(dá)均取得了成功。文獻(xiàn)［4］也提出了類似觀點(diǎn)。

圖4 盾構(gòu)端頭井土體加固范圍

實(shí)現(xiàn)無(wú)障礙始發(fā)后，使盾構(gòu)端頭井土體的加固優(yōu)化不僅具有一定的理論基礎(chǔ)，也具有一定的工程實(shí)踐，相信在不斷深入研究的基礎(chǔ)上，優(yōu)化盾構(gòu)端頭井土體的加固范圍、降低土體強(qiáng)度要求會(huì)成為現(xiàn)實(shí)。

5.3 穿越既有結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用

目前，GFRP筋在盾構(gòu)工程中的研究與應(yīng)用主要集中在盾構(gòu)的始發(fā)與接收方面。工程實(shí)踐表明，盾構(gòu)在掘進(jìn)中會(huì)穿越區(qū)間既有附屬結(jié)構(gòu)或其他結(jié)構(gòu)，如穿越聯(lián)絡(luò)通道、風(fēng)道等。這些區(qū)間附屬結(jié)構(gòu)，目前都是在盾構(gòu)掘進(jìn)完成后施工。但在施工中需要拆除附屬結(jié)構(gòu)附近的管片，風(fēng)險(xiǎn)較大。另外，此處往往出現(xiàn)降水困難以及地層加固困難，若地下水位較高，則會(huì)造成極大的安全風(fēng)險(xiǎn)。因此，若先修筑區(qū)間附屬結(jié)構(gòu)，預(yù)留穿越位置并采用GFRP筋替代鋼筋，則會(huì)極大地降低施工安全風(fēng)險(xiǎn)，而且能加快施工進(jìn)度。但由于盾構(gòu)穿越區(qū)間附屬結(jié)構(gòu)相當(dāng)于再次接收與始發(fā)，且區(qū)間附屬結(jié)構(gòu)一般體量較小，因此盾構(gòu)穿越前與穿越中對(duì)區(qū)間附屬結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性影響需要做進(jìn)一步研究。圖5為北京地鐵某區(qū)間設(shè)置的刀盤(pán)檢修井，檢修井采用直徑φ2.4m的人工挖孔樁，穿越部位采用GFRP筋替代鋼筋，盾構(gòu)掘進(jìn)切割檢修井一側(cè)壁進(jìn)入井內(nèi)后，進(jìn)行刀盤(pán)檢修，檢修完成后盾構(gòu)繼續(xù)掘進(jìn)，直接切割另一側(cè)壁。盾構(gòu)穿越前對(duì)檢修井的穩(wěn)定性影響，以及穿越過(guò)程中切割檢修井側(cè)壁對(duì)檢修井的穩(wěn)定性影響是需要深入研究的問(wèn)題。

圖5 盾構(gòu)穿越刀盤(pán)檢修井

6 結(jié)語(yǔ)

本文充分總結(jié)了國(guó)內(nèi)外GFRP筋在盾構(gòu)工程中的研究與應(yīng)用現(xiàn)狀，結(jié)合筆者的研究情況得出以下結(jié)論:

1)用GFRP筋局部替代鋼筋使盾構(gòu)直接切削圍護(hù)結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)障礙始發(fā)與接收，在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)有了較為廣泛的應(yīng)用，該方法減小了始發(fā)與接收的安全風(fēng)險(xiǎn)，且加快了施工進(jìn)度，社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益十分明顯，是值得大力提倡的方法，但目前僅限于臨時(shí)結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用。

2)正規(guī)生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的GFRP筋的基本力學(xué)性質(zhì)是穩(wěn)定的，但原材料的質(zhì)量檢驗(yàn)仍然不能忽視，應(yīng)制定該產(chǎn)品在土木工程領(lǐng)域應(yīng)用的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

3)GFRP筋混凝土構(gòu)件的受力破壞機(jī)理雖然不完全等同于鋼筋混凝土構(gòu)件的受力破壞機(jī)理，但可以參考鋼筋混凝土的設(shè)計(jì)方法，GFRP筋用于混凝土結(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)按超筋設(shè)計(jì)，以避免GFRP筋的脆性斷裂導(dǎo)致結(jié)構(gòu)突發(fā)失效和破壞。

4)GFRP筋局部替代鋼筋實(shí)現(xiàn)了無(wú)障礙始發(fā)與接收，為盾構(gòu)端頭井的加固提出了新思路，但是端頭井土體加固的優(yōu)化還需要進(jìn)一步研究;另外，該方法在深層地下空間的開(kāi)發(fā)利用及穿越附屬結(jié)構(gòu)方面，仍然值得做進(jìn)一步的研究。

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