鄒 銘

上海市基礎(chǔ)工程集團(tuán)有限公司 上海 200433

為解決傳統(tǒng)盾構(gòu)穿越鋼筋混凝土地下連續(xù)墻時(shí)，采用人工鑿除的方法，在超深覆土盾構(gòu)隧道施工過(guò)程中操作難度大，且易造成盾構(gòu)進(jìn)出洞作業(yè)易出現(xiàn)洞口土體坍塌及涌水事故這一工程難題，國(guó)內(nèi)外采用玻璃纖維筋（GFRP）對(duì)盾構(gòu)穿越區(qū)域內(nèi)地下連續(xù)墻鋼筋進(jìn)行替換的辦法，利用玻璃纖維筋抗拉強(qiáng)度高，但抗剪強(qiáng)度低的特點(diǎn)，使得盾構(gòu)機(jī)能夠直接切削地下連續(xù)墻掘進(jìn)。一方面保證了地下連續(xù)墻的受力性能；另一方面又避免了破洞作業(yè)，減少了施工風(fēng)險(xiǎn)。

該方法在國(guó)內(nèi)已有較多的成功案例，其中，韓建[1]介紹了天津地鐵5號(hào)線(xiàn)盾構(gòu)全斷面穿越玻璃纖維筋地下連續(xù)墻的施工案例，于學(xué)義[2]介紹了玻璃纖維筋在深圳地鐵崗廈北站及市民中心站地下連續(xù)墻施工中的應(yīng)用，朱繼紅[3]介紹了玻璃纖維筋在武漢長(zhǎng)江隧道江南豎井地下連續(xù)墻施工中的成功經(jīng)驗(yàn)。本文在國(guó)內(nèi)外已有研究的基礎(chǔ)上，以百米級(jí)地下連續(xù)墻運(yùn)用玻璃纖維筋制作鋼筋籠為案例，總結(jié)了相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，以期為今后同類(lèi)型工程提供一定的借鑒。

1 工程概況

蘇州河深隧主隧道工程試驗(yàn)段云嶺西項(xiàng)目位于上海市普陀區(qū)蘇州河北岸，該項(xiàng)目為大直徑的盾構(gòu)過(guò)路井，采用厚1.0 m、深105 m的地下連續(xù)墻作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)。盾構(gòu)在施工過(guò)程中將由項(xiàng)目西南側(cè)進(jìn)洞，東南側(cè)出洞。為此，需分別對(duì)本工程?hào)|、西兩端部分穿越處地下連續(xù)墻進(jìn)行特殊處理。

盾構(gòu)中心深度約為－43.74 m，盾構(gòu)外徑5.85 m，盾構(gòu)穿越區(qū)域東、西兩側(cè)各有4幅，共計(jì)8幅深105 m地下連續(xù)墻需采用局部玻璃纖維筋設(shè)計(jì)，以方便盾構(gòu)機(jī)穿越?？紤]到盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過(guò)程中產(chǎn)生的偏差和作業(yè)面需求，玻璃纖維筋的設(shè)計(jì)范圍為盾構(gòu)中心上、下各6.90 m深度，即深度在－50.64～－36.84 m，采用玻璃纖維筋作地下連續(xù)墻鋼筋籠，如圖1所示。

圖1 盾構(gòu)穿越區(qū)域剖面示意

2 技術(shù)方案

2.1 設(shè)計(jì)概況

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本工程含玻璃纖維筋的鋼筋籠頂籠長(zhǎng)度29.99 m范圍內(nèi)全部為普通鋼筋；中籠長(zhǎng)37.80 m，上、下分別為12.00 m的普通鋼筋和中部為17.00 m的玻璃纖維筋，設(shè)計(jì)搭接長(zhǎng)度1.60 m；底籠長(zhǎng)度39.26 m范圍內(nèi)全部為普通鋼筋。

玻璃纖維筋采用如下規(guī)格：縱向主筋采用G28，縱向桁架采用G32，封口筋與分布筋采用G16，導(dǎo)向筋采用G20，橫向桁架采用G32，拉筋采用G16。

2.2 進(jìn)場(chǎng)驗(yàn)收

本工程玻璃纖維筋均按照設(shè)計(jì)圖紙標(biāo)明的規(guī)格、尺寸和形狀在工廠內(nèi)加工制作定形，并留足設(shè)計(jì)要求的搭接長(zhǎng)度。玻璃纖維縱向主筋最大長(zhǎng)度為17.00 m，加工制作為單個(gè)整根，其余異形玻璃纖維筋均采用定形化加工成形。

材料進(jìn)場(chǎng)前，首先檢查玻璃纖維筋是否具有產(chǎn)品合格證，并對(duì)其外觀進(jìn)行檢查，要求玻璃纖維筋的形狀為螺紋形式，螺紋桿體表面質(zhì)地均勻，無(wú)氣泡和裂紋，其螺紋牙形、牙距整齊，無(wú)肉眼可見(jiàn)的損傷。同時(shí)，還應(yīng)對(duì)照設(shè)計(jì)大樣圖逐一核查各定形纖維筋的尺寸，檢查合格后方可接收，并盡快組織見(jiàn)證取樣送檢，待檢測(cè)試驗(yàn)合格后投入使用。

2.3 鋼筋籠綁扎

玻璃纖維縱向主筋與普通鋼筋設(shè)計(jì)搭接長(zhǎng)度為1.60 m，采用U形卡扣加固，加固間距為300 mm，U形卡扣應(yīng)與主筋直徑相適應(yīng)，搭接的鋼筋貼于U形卡扣內(nèi)側(cè)，玻璃纖維筋貼于外側(cè)。鋼筋與玻璃纖維筋大樣如圖2所示。

圖2 鋼筋與玻璃纖維筋搭接大樣

除主筋與主筋之間的連接外，玻璃纖維筋縱向桁架、橫向桁架分別與玻璃纖維縱向主筋和分布筋采用鉛絲綁扎，封口玻璃纖維筋與分布玻璃纖維筋，以及其余部位玻璃纖維筋也均采用鉛絲綁扎，所有鉛絲綁扎效果應(yīng)牢固可靠。

2.4 鋼筋籠加固

玻璃纖維筋與普通鋼筋相比，其最大的區(qū)別在于彈性模量較小，屬于典型的脆性材料。這一特性很大程度上影響了玻璃纖維筋鋼筋籠起吊時(shí)的穩(wěn)定性。本工程整籠采用分節(jié)吊裝，但對(duì)涉及玻璃纖維筋的中節(jié)籠采用整體一次吊裝的方案，故需對(duì)玻璃纖維筋范圍內(nèi)的鋼筋籠采取加固處理，具體措施如下：

1）玻璃纖維筋范圍內(nèi)，根據(jù)原有吊裝方案設(shè)置的橫、縱向桁架全部替換為玻璃纖維筋。

2）將上節(jié)普通鋼筋籠4道縱向鋼筋桁架延長(zhǎng)至玻璃纖維筋籠底。

3）玻璃纖維筋段范圍內(nèi)，原橫向桁架均采用玻璃纖維筋，除此以外，每2 m增加G32鋼筋橫向桁架。

4）玻璃纖維筋范圍內(nèi)，縱向桁架和橫向桁架與加固桁架錯(cuò)開(kāi)。

2.5 鋼筋籠吊裝

在鋼筋籠制作加工前，采用有限元分析軟件Midas Civil對(duì)鋼筋籠在起吊過(guò)程中的整體穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)算（圖3），以此了解其受力和變形情況。

圖3 玻璃纖維筋鋼筋籠變形

有限元模型中所有單元均采用兩節(jié)點(diǎn)的梁?jiǎn)卧问剑瑸榱私朴诂F(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際吊裝情況，計(jì)算時(shí)，內(nèi)邊界采用各單元之間為剛接的形式，外邊界采用鉸接形式。以數(shù)值模擬結(jié)果為指導(dǎo)，對(duì)鋼筋籠吊點(diǎn)布置進(jìn)行優(yōu)化。

2.6 增加桁架割除

為保證盾構(gòu)機(jī)順利穿越玻璃纖維筋范圍內(nèi)地下連續(xù)墻，對(duì)于增加的4道縱向鋼桁架和橫向桁架，應(yīng)當(dāng)在鋼筋籠下放入槽過(guò)程中及時(shí)割除。通過(guò)在鋼筋籠入槽過(guò)程中設(shè)置臨時(shí)擱置點(diǎn)，施工現(xiàn)場(chǎng)手工用氧氣乙炔分段割除縱橫向鋼桁架。

由于玻璃纖維筋受熱超過(guò)190 ℃后，其力學(xué)性能將無(wú)法恢復(fù)，為避免割除鋼桁架時(shí)破壞玻璃纖維筋結(jié)構(gòu)，對(duì)鋼桁架附近玻璃纖維筋均采用石棉布包裹保護(hù)。

3 施工控制要點(diǎn)

3.1 進(jìn)場(chǎng)驗(yàn)收

玻璃纖維筋自身材料質(zhì)量是影響鋼筋籠制作質(zhì)量的決定性因素，其進(jìn)場(chǎng)驗(yàn)收過(guò)程需格外重視，對(duì)以下環(huán)節(jié)應(yīng)做到重點(diǎn)監(jiān)控[4]。

1）玻璃纖維筋進(jìn)場(chǎng)前，應(yīng)檢查其產(chǎn)品合格證，同時(shí)對(duì)照設(shè)計(jì)大樣圖嚴(yán)格檢查各類(lèi)成形纖維筋尺寸，驗(yàn)收合格后方可卸車(chē)。

2）玻璃纖維筋場(chǎng)內(nèi)運(yùn)輸和裝卸過(guò)程中應(yīng)全程輕拿輕放，不應(yīng)進(jìn)行拋擲和撞擊。

3）玻璃纖維筋應(yīng)水平放置，露天堆放時(shí)應(yīng)覆蓋保護(hù)，避免暴曬，底部做墊高處理，桿體端部不應(yīng)沾染油污。

4）針對(duì)玻璃纖維筋的進(jìn)場(chǎng)驗(yàn)收及存放，應(yīng)編制專(zhuān)門(mén)的技術(shù)交底，并在實(shí)施過(guò)程中認(rèn)真執(zhí)行。

3.2 鋼筋籠制作

1）U形卡扣連接控制要點(diǎn)：實(shí)際施工過(guò)程中，在玻璃纖維筋鋼筋籠卡扣連接接頭完成后，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要做1道報(bào)驗(yàn)工序，待驗(yàn)收合格后方可進(jìn)入下一道工序的制作。對(duì)于接頭的驗(yàn)收應(yīng)嚴(yán)格按照施工圖紙進(jìn)行檢查，主要檢查其搭接長(zhǎng)度是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求的1 600 mm，卡扣的數(shù)量是否滿(mǎn)足每個(gè)接頭5個(gè)卡扣的規(guī)定，以及卡扣的旋緊程度是否滿(mǎn)足要求。

2）鋼筋籠穩(wěn)定性控制要點(diǎn)：針對(duì)玻璃纖維筋材質(zhì)韌性較好，但玻璃纖維筋鋼筋籠起吊時(shí)骨架的自身穩(wěn)定性較差，容易出現(xiàn)散籠等問(wèn)題，在實(shí)際施工過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格按照?qǐng)D紙，采取增加構(gòu)造桁架的措施，以達(dá)到增加玻璃纖維筋鋼筋籠剛度的效果，來(lái)保證鋼筋籠起吊過(guò)程中的穩(wěn)定性。

3.3 吊裝入槽

玻璃纖維筋鋼筋籠能否順利吊裝入槽是工程實(shí)施的關(guān)鍵，吊裝作業(yè)過(guò)程中應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注以下環(huán)節(jié)。

1）吊裝前，按鋼筋籠質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)對(duì)鋼筋籠加工質(zhì)量進(jìn)行仔細(xì)檢查，驗(yàn)收合格后的鋼筋籠方可進(jìn)行吊裝。

2）起吊時(shí)選擇具有豐富經(jīng)驗(yàn)的吊車(chē)司機(jī)及指揮人員，采用專(zhuān)人指揮。

3）吊裝時(shí)吊鉤與鋼筋籠的連接需安全可靠，禁止鋼筋籠長(zhǎng)時(shí)間停滯在空中。

4）雙機(jī)抬吊時(shí)，要統(tǒng)一指揮，2臺(tái)吊車(chē)之間互相密切配合。在起吊過(guò)程中，2臺(tái)吊車(chē)的吊鉤滑車(chē)組均應(yīng)保持垂直狀態(tài)，防止因斜吊造成超負(fù)荷。

5）起吊過(guò)程中禁止將鋼筋籠在地面上拖拉，以防造成鋼筋籠彎曲變形。

6）吊車(chē)吊起鋼筋籠時(shí)，應(yīng)先吊離地面300～500 mm，檢查并確認(rèn)鋼筋籠穩(wěn)定可靠和綁扎牢固后，方可將鋼筋籠轉(zhuǎn)至吊機(jī)的正前方，吊車(chē)移動(dòng)的過(guò)程中控制鋼筋籠的擺動(dòng)幅度在較小范圍內(nèi)。

7）鋼筋籠起吊旋轉(zhuǎn)時(shí)，要均勻平穩(wěn)，以免鋼筋籠因在空中大幅擺動(dòng)而發(fā)生危險(xiǎn)。

8）鋼筋籠入槽時(shí)，嚴(yán)禁起重臂擺動(dòng)，使得鋼筋籠產(chǎn)生橫向晃動(dòng)，嚴(yán)禁強(qiáng)行插放鋼筋籠入槽。

9）吊裝前應(yīng)首先進(jìn)行試吊，通過(guò)試吊采集數(shù)據(jù)，核實(shí)和調(diào)查加固點(diǎn)、吊點(diǎn)、吊裝程序來(lái)指導(dǎo)后續(xù)施工。

4 實(shí)施情況

本項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，盾構(gòu)區(qū)間范圍內(nèi)總計(jì)8幅玻璃纖維筋鋼筋籠全部一次性吊裝成功，順利入槽，過(guò)程中未發(fā)生卡槽、散籠、玻璃纖維筋或鋼筋掉落現(xiàn)象。在玻璃纖維筋所在鋼筋籠吊裝至槽段上方后，使用水平靠尺對(duì)鋼筋籠橫縱向垂直（平整）度進(jìn)行了檢驗(yàn)，變形情況可控。

由現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)可得，含玻璃纖維筋的鋼筋籠平均吊裝時(shí)間在8.5 h左右，較之非纖維筋類(lèi)似槽段下放時(shí)間（平均7 h）上升約20%，但其縱向及橫向變形均不明顯，并不影響鋼筋籠整體下放和最終的施工質(zhì)量。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)此次施工，對(duì)于玻璃纖維筋在地下連續(xù)墻施工中的應(yīng)用，可以得到以下結(jié)論：

玻璃纖維筋為廠家定制，制作精度較高，其數(shù)量和質(zhì)量易于現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行把控。在現(xiàn)場(chǎng)操作中，由于采用綁扎和U形卡扣進(jìn)行連接，減少了焊接作業(yè)量，提高了施工效率。

通過(guò)在玻璃纖維筋鋼筋籠內(nèi)設(shè)置鋼筋骨架，可以通過(guò)鋼筋-玻璃纖維筋的轉(zhuǎn)換，即在下放過(guò)程中，再割除桁架，充分利用纖維筋受拉性能，減少玻璃纖維筋剪向受力。就結(jié)果而言，鋼筋籠變形較小，效果顯著，具有一定的借鑒意義。

由于玻璃纖維筋本身的特性，操作中應(yīng)避免電焊及氣割，尤其在移除桁架的過(guò)程中，由于不可避免地會(huì)采用氣割作業(yè)，應(yīng)格外小心。

在受力方面，玻璃纖維筋抗拉性能并不亞于常規(guī)鋼筋，但在起吊過(guò)程中由于鋼筋籠受力變化較大，應(yīng)避免在吊裝時(shí)使玻璃纖維筋直接受力。

由于玻璃纖維筋鋼筋籠在下放過(guò)程中，鋼筋-玻璃纖維筋受力體系的轉(zhuǎn)換較為煩瑣，導(dǎo)致鋼筋籠總體吊裝時(shí)間變長(zhǎng)。

施工前應(yīng)該對(duì)現(xiàn)場(chǎng)安全管理人員進(jìn)行詳細(xì)交底，玻璃纖維筋鋼筋籠的制作及現(xiàn)場(chǎng)吊裝對(duì)操作人員提出了較高要求，實(shí)施時(shí)應(yīng)有管理人員在一旁監(jiān)控，避免野蠻施工造成事故。

總體來(lái)講，玻璃纖維筋在本工程中運(yùn)用的施工方法具有一定的實(shí)用性，施工過(guò)程較為順利。玻璃纖維筋的使用，在未來(lái)地下工程施工中，尤其是在盾構(gòu)穿越段中，將具有一定的應(yīng)用價(jià)值。