浅谈地铁盾构技术中纤维混凝土管片优越性

【摘要】随着人类社会的发展，人们对地铁的需求量也越来越大，而盾构技术在整个地铁施工过程中起着非常重要的作用。为满足盾构技术混凝土耐久性、韧性的要求，各国开始了对纤维混凝土的研究和发展。本文通过对比普通钢筋混凝土和钢纤维混凝土盾构隧道管片配筋量，分析和总结了纤维混凝土管片的优越性，并得出了纤维混凝土管片的发展前景良好的结论。

【关键字】普通混凝土 纤维混凝土 配筋量 优越性

中图分类号：TU37文献标识码： A

1.引言

目前，我国地铁建设如火如荼地进行，地铁区间隧道大多采用盾构法施工，其衬砌形式为预制钢筋混凝土管片，它具有强度高、易加工、耐腐蚀、造价低的优点。但实际应用中，普通混凝土管片自重大、易缺角、易裂缝的缺点也逐渐暴露出来，从而使得其使用范围受到限制。

钢纤维混凝土是70年展起来的新型复合建筑材料，人们在普通混凝土中加入钢纤维所形成的复合材料。通过改变混凝土内部构造从而改善混凝土的众多性能。钢纤维混凝土的出现能较好地弥补前述钢筋混凝土管片的缺点。

2.普通混凝土特性

（1）具有“一拉即裂”的特性。虽然其抗压强度很高，但是抗拉强度只有抗压强度的1/12左右。即使是预应力混凝土管片也无法从根本上克服这一缺点。其断裂能低也是的其抗冲击能力差。

（2）普通混凝土密度很大，而混凝土强度和质量比较低，为满足条件，需要更大尺寸的混凝土，限制了混凝土的大规模应用。

（3）普通混凝土是脆性材料，其冲击韧性和变形能力较差，导致抗震性能差，脆性断裂不仅使得材料性能不能得到充分发挥，而且还易造成工程事故。是多孔材料，因此其渗透性较大，从而导致其抗冻性和耐久性明显降低。

3.纤维混凝土特性

（1）由于纤维能细化混凝土的细微结构，使得混凝土在受力开裂时纤维能与混凝同承担荷载，改善了混凝土的脆性，使得混凝土在开裂后仍能够承受荷载，从而能进行有效的预测，减少了因脆断所造成的工程事故；

（2）混凝土开裂后，纤维作为外荷载的主要承担者，避免了混凝土的继续开裂，增加了混凝土的抗裂性，减小了混凝土的收缩性；

（3）钢纤维因其与水泥的亲和性好，能明显改善混凝土的抗拉、抗剪、抗弯、抗冻、抗冲击、抗疲劳等性能。在同等强度条件下，钢纤维的加入还可以减小混凝土的厚度，减少混凝土的用量，从而降低工程造价。

4.普通混凝土和纤维混凝土的配筋量对比

调整不同参数对普通混凝土和纤维混凝土进行配筋。研究数据表明，在不改变任何条件的情况下，从满足正截面承载力的角度对混凝土进行配筋，预制纤维混凝土管片可大幅减少钢筋的使用，钢筋使用量减少原来的42.17%；也就是说，同样配筋率的混凝土，钢纤维混凝土可大幅增强混凝土正截面承载力。从满足裂缝宽度的角度对混凝土进行配筋，虽然这种材料对减少钢筋的用量不明显，仅为8.9%，但仍可以减少钢筋的用量。

若改变混凝土管片保护层厚度50mm--40mm，从满足正截面承载力的角度对混凝土进行配筋，预制纤维混凝土管片仍然可大幅减少钢筋的使用，钢筋使用量减少原来的47.48%，相比原保护层厚度效果更加明显。从满足裂缝宽度的角度对混凝土进行配筋，这种材料对减少钢筋的用量仍不明显，为4.9%，但仍可以减少钢筋的用量。

研究数据同样表明，改变钢筋级别，管片厚度，混凝土等级，轴压力等因素，可以得到同样的结论。

综上所述，预制纤维混凝土管片可以节省大量钢筋的使用。其优越性显著。

5.发展前景

普通混凝土中的纤维现在主要使用的有钢纤维、玻璃纤维、碳纤维和合成纤维聚丙烯纤维，其中钢纤维因其与水泥的亲和性好，能明显改善混凝土的抗拉、抗剪、抗弯、抗冻、抗冲击、抗疲劳等性能，从而使得其研究应用最广。并且在同等强度条件下，钢纤维的加入还可以减小混凝土的厚度，减少混凝土的用量，从而降低其工程造价。因而纤维混凝土管片在地铁盾构技术中具有良好的应用前景。

纤维混凝土具有许多普通混凝土不具有的优点，特别是对混凝土的抗冲击性和抗疲劳性优越性显著，使得纤维混凝土能更广泛地应用，并能提高建筑物的耐久性，满足人们对建筑物工程质量的要求。

【参考文献】

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[3]李乔. 混凝土结构设计原理（第三版）[M].北京：中国铁道出版社，2013

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