混杂纤维混凝土在地铁管片中的应用

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发布时间：2021-09-25

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混杂纤维混凝土在地铁管片中的应用
宁博，欧阳东，易宁，鲁刘磊，易承波，潘攀，吴亭亭
(1．暨南大学理工学院材料科学与工程系，广州 510632；
2．暨南大学理工学院重大工程灾害与控制教育部重点实验室，广州 510632)
摘要：从技术和经济角度分析了混杂纤维混凝土管片取代传统管片的必要性和可行性，介绍了国内外混杂
纤维混凝土管片的工程应用情况，并从设计计算、施工控制、经济效益等方面提出了混杂纤维混凝土管片存在的问
题及解决方法。
关键词：混杂纤维混凝土；地铁管片；应用
Abstract：From the aspects of technology and economy，the necessity and feasibility of hybrid fibers reinfo~ed
concrete segments replacing common segm ents are analyzed． I e engineering applications on hybrid fibers reinfo~ed
concrete segm ent at home and abroad are introduced．From the aspects of design calculation，construction control，
economic benefit and SO on，the problems and solutions of hybrid fibers reinforced concrete segment ale proposed．
Key words：Hybrid fibers reinfomed concrete；Subway concrete segment；Application
中图分类号：TU525 文献标识码：B 文章编号：1000—4637(2011)01—50—04
0 前言
近年来，我国在北京、上海、广州、南京等大城
市进行了大规模的地铁建设。在这些地铁建设中，
有相当一部分标段采用了盾构法施工。盾构法中，
隧道衬砌结构体是由若干预制管片或砌块拼装而
成，必须根据工程需要满足结构的强度和刚度要求，
能承受隧道经过的土层压力、水压力以及一些特殊
荷载，满足工程所提出的安全质量指标要求，如裂
缝开展宽度，接缝变形和直径变形的允许量，隧道
抗渗防漏指标，结构安全度，衬砌内表面平整度要
求等【 1。这些要求使得隧道管片的设计比较复杂，如
此，管片材料的选择就显得非常重要。
目前的盾构管片主要以钢筋混凝土管片为主。
由于混凝土为脆性材料，其抗拉性能较差，在运输
和安装中容易破损和开裂，管片的破损和裂缝对隧
道的安全性和耐久性会产生不利影响；另一方面，
对于地下结构而言，结构物的碳化以及侵蚀性介质
的腐蚀是影响其耐久性的重要因素；此外，地铁隧
道中杂散电流的电化学腐蚀也是其重要的影响因
素。地铁工程处于复杂的地下环境，这就要求管片
有足够好的抗渗性、耐腐蚀性、耐火性等耐久性能，
这些都是盾构法中较棘手但又必须解决的问题。
混杂纤维混凝土 (HFRC)是上世纪 90年代发
展起来的新型复合建筑材料，具有优良的物理力学
性能，与普通混凝土相比，其抗拉、抗弯强度及耐
一 50一
磨、耐冲击、耐腐蚀、耐疲劳性、韧性和抗裂、抗爆等
性能都得到了提高。近年来，国外已开展了在地铁
盾构管片中采用混杂纤维混凝土方面的研究与实
践，并取得了部分成功经验。
本文综合分析了混杂纤维混凝土管片的技术、
经济优越性，以及其取代传统钢筋混凝土管片的必
要性和可行性。
1 普通钢筋混凝土管片的技术缺陷
在国内，较为常用的普通钢筋混凝土管片宽度
是 1．2m 或 I．5m。随着工程实践的增多，混凝土材料
的脆性也让其缺陷逐渐暴露出来，钢筋混凝土管片
在运输和安装过程中边缘容易破损，特别是箱型管
片，在盾构千斤顶的作用下容易顶裂。普通钢筋混
凝土管片主要在隧道衬砌内外两侧发生破损，其
中，衬砌外侧破损主要位于管片与盾构机外壳的接
触部位，内侧破损则普遍产生于管片的角部，主要
是局部混凝土的崩裂、爆脱。这类破坏情况既受盾
构机的设计合理性以及施工工艺的影响，又与工程
所处的地质条件等多因素有关。
管片的破损和裂缝使得地铁衬砌结构发生整
体性破坏、渗漏和腐蚀现象时有发生，这对控制工
程安全质量指标是很大的挑战。根据多个城市地铁
的调查，普通钢筋混凝土管片的破损主要原因是冲
击力和拉应力过大[21，因此，除了减小外界冲击力和
拉应力之外，最有效的方法就是提高管片自身的抗