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随着城市建设的飞速发展，城市人口大量集中。为满足工业、交通及市政
建设的迫切需要，对城市地下空间的大规模开发已成必然趋势。地下铁道，以
它的快速、正点、安全、舒适、大运量、低能耗、小污染的优点越来越为城市
居民所青睐，可望成为21世纪城市公共交通的主要工具。
目前在城市软土地层中修建地下隧道、管道工程主要采用盾构法施工。在
盾构法中，由若干预制管片或砌块拼装而成隧道衬砌结构体，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。这些要求使得隧道衬砌结构的设计比较复杂。从而衬砌材料的选择就显
得非常重要。因此本文从复合纤维增强混凝土管片代替传统钢筋增强混凝土管
片角度出发，进行了复合纤维混凝土管片在盾构隧道衬砌结构中的应用研究。
本文主要研究内容有如下六个方面：
1.聚丙烯纤维混凝土管片的塑性抗裂性能研究
针对重大工程使用寿命相关的—耐久性设计角度，从复合纤维改善地铁隧道
管片塑性收缩裂缝性能提出地铁管片用混凝土的另一技术参数：混凝土抗指数
比。通过对聚丙烯纤维改善塑性收缩裂缝的试验研究及机理分析，选择适用于
混凝土的塑性抗裂性能的试验方法：改进的平板法。并用此方法检测了管片的
抗裂性能。聚丙烯纤维明显改善了管片龟裂情况，增强了混凝土管片本身的刚
性自防水性能，而且改善了传统混凝土管片的外观。提出了管片质量检验的补
充方法—抗裂性能检验方法。
2.复合纤维混凝土配合比优化设计
通过复合纤维混凝土管片原材料的比较优选，聚丙烯纤维及钢纤维掺量变化
对混凝土性能影响的试验研究，得出了聚丙烯纤维及钢纤维对混凝土性能的影
响规律。进一步通过复合纤维混凝土的正交试验，得出较优的复合纤维掺加比
例。最终确定复合纤维混凝土用原材料的优选原则及其最佳配合比方案。
3.复合纤维混凝土管片的弯曲结构力学性能研究
在参考传统钢筋混凝土管片生产工艺的基础上，研究了复合纤维混凝土管片
的生产工艺，制定了复合纤维混凝土管片的生产工艺制度。本文专门为复合纤
维管片的弯曲力学性能试验研制了加载系统和测试系统。通过对足尺混凝土管
片弯曲力学性能试验结果分析，同时对复合纤维混凝土管片进行了理论力学计
算及数值模拟。将试验结果与理论计算进行比较，初步确定了用于试点工程复
合纤维混凝土管片类型(少筋混凝土管片)及其配制方案。
4.复合纤维混凝土的高温性能研究
研究了聚丙烯纤维、复合纤维对混凝土高温性能的影响，得到了聚丙烯纤维
混凝土及复合纤维混凝土高温下的力学性能变化规律，发现聚丙烯纤维明显改
善了高温下混凝土的抗爆裂性能。通过SEM及MIP等微观分析方法，探讨了高
温后混凝土微观结构的变化，为进一步研究高温后混凝土的宏观性能(力学性
能及耐久性)与微观结构之间的关系奠定基础
5.少筋混凝土管片负环现场试验研究
考虑到隧道衬砌管片在施工过程中受力的复杂性，在拟进行试点工程的试验
段处的负环位置，进行了少筋混凝土管片在施工荷载作用的工况条件下的变形
及抗裂试验研究，发现少筋混凝土管片的局部抗裂性能明显优于传统钢筋混凝
土管片。少筋混凝土管片在盾构隧道工程中应用的可行性提供科学的数据支持。
6.试点工程监测方案及复合纤维混凝土管片技术经济性分析
根据本课题依托项目的要求，计划在上海轨道交通6号线进行复合纤维混凝
土管片100mm的试点工程，本文提出了试点工程中管片性能的监测方法，为系
统分析复合纤维混凝土管片的优越性提供工程数据支持。
通过对少筋混凝土管片的技术经济性分析，与传统钢筋混凝土管片比较，
本文的研究成果具有一定的技术经济优势。
关键词：盾构衬砌，复合纤维混凝土管片，少筋混凝土管片，足尺管片弯曲试验，数值模拟，技术经济分析