鋼纖維混凝土盾構管片的應用研究

富爾康?王喆

摘 要 為提高鋼筋混凝土管片使用壽命和抗裂性能，本研究圍繞盾構管片初步探討了鋼纖維鋼筋混凝土管片結構設計，對其成本和力學性能優勢進行分析，提出增加鋼纖維使鋼筋減少用量不只實現成本降低，還可使混凝土減小裂縫寬度，進而使管片耐久性明顯提高。鋼纖維鋼筋混凝土管片設計具有一定創新性，對于提高地鐵鋼纖維混凝土預制管片的應用水平具有一定的借鑒作用。

關鍵詞 盾構管片;鋼纖維混凝土;地鐵建設

前言

地鐵盾構隧道中鋼筋混凝土管片應用最廣泛，但因混凝土保護層不具有較強的韌性和抗裂性，由于運輸、施工、變化的圍巖受力、銹蝕鋼筋等一些原因會造成管片混凝土發生破損和開裂，使管片縮短使用壽命。鋼纖維混凝土管片因在性能方面具有阻裂、增韌、增強、獨特耐久性和安全性等明顯優勢，可使鋼筋混凝土管片存在的不足之處得到有效彌補，進而提高韌性、抗彎、抗拉、抗裂、耐疲勞、耐腐蝕、耐沖擊等性能。發達國家對此開展了比較深入的研究及實踐工作，鋼纖維混凝土管片研究在我國地鐵盾構隧道中處于起步階段。在地鐵隧道中針對鋼纖維鋼筋混凝土管片進行了設計，提出采用鋼纖維將鋼筋部分取代，與傳統方案相比較，探討了地鐵盾構隧道中鋼纖維鋼筋混凝土管片性能優勢[1-3]。

1鋼纖維鋼筋混凝土管片的應用

1.1 隧道基本情況及初步設計方案

某地鐵隧道20.8公里長，最大32米埋深，盾構主要穿越砂層、粉土、黏土和粉質黏土等地層，采用盾構施工方法建設，使用壽命設計為100年。設計鋼筋混凝土管片5.4米內徑，6米外徑，采用通用鍥形管片的“3+2+1”分塊形式，管片300毫米厚，1.2米寬。內外側最大配筋根據計算淺埋斷面的最大內力而得到。

1.2 驗算鋼纖維鋼筋混凝土管片極限狀態承載力

按照鋼纖維鋼筋管片的復合設計要求，將佳密克絲4D型鋼纖維摻入C55強度混凝土中，驗算淺埋斷面內側，分為判斷大小偏心，確定鋼纖維鋼筋混凝土偏心受壓，計算受壓區高度和配筋等主要步驟。

（1） 大小偏心受壓的判別。大偏心受壓為大于等于0.32，不足0.32為小偏心受壓。

（2） 計算偏心受壓。計算鋼纖維鋼筋混凝土管片大偏心受壓承載力主要根據混凝土結構設計標準，并對受拉區鋼纖維的貢獻進行考慮。

（3） 計算配筋。荷載安全系數1.35，計算配筋面積，淺埋斷面管片內側采用將佳密克絲4D型鋼纖維摻入C55混凝土中，鋼筋可達到承載力設計要求。

1.3 驗算正常使用極限狀態的裂縫寬度

鋼纖維鋼筋混凝土盾構管片根據鋼纖維混凝土技術標準計算最大裂縫寬度，即可達到設計要求。

2分析鋼纖維鋼筋混凝土管片的主要優勢

分析傳統鋼筋和鋼纖維鋼筋混凝土管片兩種材料的成本，對其進行比較，在成本方面，中埋段鋼纖維鋼筋管片具有相對明顯的優勢，可使資金節約9.7%，淺埋和深埋段的鋼纖維鋼筋管片只節約較少的成本。在耐久性方面，根據驗算裂縫寬度的結果可知道，在鋼纖維增加，鋼筋用量減少的設計過程中，淺埋管片裂縫寬度從0.16毫米逐漸降至0.14毫米，寬度減小12.5%。中埋管片裂縫寬度從0.15毫米降至0.11毫米，減小了26.7%，深埋管片具有比較接近的裂縫寬度。采用減小裂縫寬度方法可使管片明顯提高耐久性[4]。

3結束語

綜上所述，經分析承載力和鋼纖維鋼筋混凝土管片在正常使用極限狀態下的有關結果，可知鋼纖維混凝土設計方法不只是裂縫寬度減小，結構提高使用壽命和耐久性，經濟優勢比較明顯。因此，在地鐵建設應用中這種新型結構材料設計方法具有重要作用。

參考文獻

[1] 葉烈平.混凝土結構[M].北京：清華大學出版社，2012：109.

[2] 仰建崗，劉偉，王秉綱.鋼纖維混凝土彎曲疲勞性能研究[J].公路交通科技，2020，（2）：35-37.

[3] 榮健林，聞毓民，吳強.鋼纖維混凝土盾構管片可行性分析[J].建筑設備與建筑材料，2006，（6）：158-159.

[4] 蒲奧.纖維混凝土管片設計研究及工程運用[D].成都：西南交通大學，2015.

作者簡介

富爾康（1989-），男，遼寧開原人;學歷：碩士研究生，現就職單位：沈陽市政集團有限公司，研究方向：建筑材料。

王喆（1982-），男，遼寧撫順人;學歷：大學本科學歷，現就職單位：沈陽市政集團有限公司，研究方向：建筑材料。