盾构始发井围护桩采用玻璃纤维筋，如何实现盾构机直接切割掘进？

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发表时间: 2025/6/12 17:39:09

盾构始发井围护桩采用玻璃纤维筋实现直接切割掘进的技术解析

一、技术原理与材料特性突破

1. 玻璃纤维筋的核心优势

• 抗拉强度高：其抗拉强度达800-1200MPa，与同直径普通钢筋相当，但重量仅为钢材的1/4，显著降低围护桩自重对盾构机的影响。

• 可切割性强：玻璃纤维筋的抗剪强度较低（约为抗拉强度的1/10），使盾构刀盘能直接切削，无需人工破除围护桩。

• 耐腐蚀性与热稳定性：在潮湿或腐蚀性地质中性能稳定，且热膨胀系数与混凝土相近，避免温度应力导致界面剥离。

2. 围护桩设计创新

• 局部替代钢筋：在盾构刀盘切割范围内（通常为洞门中心7m×7.62m区域）采用玻璃纤维筋，其余区域仍使用普通钢筋以节省成本。

• 双向布筋与搭接设计：玻璃纤维筋在水平和垂直方向双向布置，与普通钢筋通过U形螺栓或钢管桁架搭接，确保结构整体性。

二、盾构机直接切割掘进的关键技术

1. 掘进参数控制

• 低推力与匀速切割：盾构机进入围护桩时，逐步降低推力至设计值的50%-70%，掘进速度控制在10-20mm/min，避免参数突变导致刀盘卡死。

• 土压平衡管理：通过泥水仓压力与开挖面土压平衡控制，维持土压在0.2-0.3MPa，防止地层坍塌或涌水。

2. 刀盘与刀具优化

• 高耐磨刀盘设计：刀盘开口率控制在35%-40%，边缘采用耐磨堆焊层，延长刀具寿命。

• 先行刀与撕裂刀配置：在刀盘前方设置先行刀预切削玻璃纤维筋，撕裂刀负责破碎混凝土，提高切割效率。

3. 监测与应急措施

• 实时参数监控：全程记录总推力、刀盘扭矩和土压数据，若扭矩突增20%以上，立即停机检查。

• 径向注浆加固：切割过程中通过径向注浆系统注入单液水泥浆，填充刀盘与围护桩间隙，防止水土流失。

三、工程应用案例与效益分析

1. 北京地铁15号线大屯路东站

• 实施效果：盾构机24小时内完成洞门切割，较传统方法节省7-10天工期，且未发生涌水或塌方。

• 成本对比：单次始发节省人工凿除费用约20万元，减少地层加固范围，降低止水帷幕成本30%。

2. 上海长江隧道长兴岛工作井

• 技术难点：围护桩跨度达19.4m，采用玻璃纤维筋替代传统钢筋，盾构机直接切割单墙结构。

• 监测数据：切割过程中刀盘扭矩稳定在3500-4000kN·m，土压波动小于5%，地表沉降控制在10mm以内。

四、技术风险与应对策略

1. 玻璃纤维筋断裂风险

• 原因：布筋不均匀或搭接长度不足可能导致局部应力集中。

• 对策：严格按设计图纸布置玻璃纤维筋，搭接长度不小于50d（d为筋材直径），并采用镀锌铁丝绑扎固定。

2. 刀盘卡死风险

• 原因：围护桩内残留普通钢筋或混凝土块未清除。

• 对策：始发前通过地质雷达扫描确认玻璃纤维筋范围，切割时保持刀盘连续旋转，避免停顿。

3. 地层失稳风险

• 原因：切割过程中土压失衡导致开挖面坍塌。

• 对策：采用“先注浆、后切割”工艺，通过径向注浆提前加固地层，注浆压力控制在0.5-0.8MPa。

五、结论与展望

玻璃纤维筋在盾构始发井围护桩中的应用，通过材料特性与施工工艺的创新，实现了盾构机直接切割掘进，显著提升了施工效率与安全性。未来，随着智能监测系统（如刀盘扭矩实时反馈、地层变形预警）的集成，该技术有望进一步拓展至复杂地质条件下的深基坑工程，为城市地下空间开发提供更高效、安全的解决方案。