钢纤维混凝土盾构管片的应用研究

富尔康?王喆

摘 要 为提高钢筋混凝土管片使用寿命和抗裂性能，本研究围绕盾构管片初步探讨了钢纤维钢筋混凝土管片结构设计，对其成本和力学性能优势进行分析，提出增加钢纤维使钢筋减少用量不只实现成本降低，还可使混凝土减小裂缝宽度，进而使管片耐久性明显提高。钢纤维钢筋混凝土管片设计具有一定创新性，对于提高地铁钢纤维混凝土预制管片的应用水平具有一定的借鉴作用。

关键词 盾构管片;钢纤维混凝土;地铁建设

前言

地铁盾构隧道中钢筋混凝土管片应用最广泛，但因混凝土保护层不具有较强的韧性和抗裂性，由于运输、施工、变化的围岩受力、锈蚀钢筋等一些原因会造成管片混凝土发生破损和开裂，使管片缩短使用寿命。钢纤维混凝土管片因在性能方面具有阻裂、增韧、增强、独特耐久性和安全性等明显优势，可使钢筋混凝土管片存在的不足之处得到有效弥补，进而提高韧性、抗弯、抗拉、抗裂、耐疲劳、耐腐蚀、耐冲击等性能。发达国家对此开展了比较深入的研究及实践工作，钢纤维混凝土管片研究在我国地铁盾构隧道中处于起步阶段。在地铁隧道中针对钢纤维钢筋混凝土管片进行了设计，提出采用钢纤维将钢筋部分取代，与传统方案相比较，探讨了地铁盾构隧道中钢纤维钢筋混凝土管片性能优势[1-3]。

1钢纤维钢筋混凝土管片的应用

1.1 隧道基本情况及初步设计方案

某地铁隧道20.8公里长，最大32米埋深，盾构主要穿越砂层、粉土、黏土和粉质黏土等地层，采用盾构施工方法建设，使用寿命设计为100年。设计钢筋混凝土管片5.4米内径，6米外径，采用通用锲形管片的“3+2+1”分块形式，管片300毫米厚，1.2米宽。内外侧最大配筋根据计算浅埋断面的最大内力而得到。

1.2 验算钢纤维钢筋混凝土管片极限状态承载力

按照钢纤维钢筋管片的复合设计要求，将佳密克丝4D型钢纤维掺入C55强度混凝土中，验算浅埋断面内侧，分为判断大小偏心，确定钢纤维钢筋混凝土偏心受压，计算受压区高度和配筋等主要步骤。

（1） 大小偏心受压的判别。大偏心受压为大于等于0.32，不足0.32为小偏心受压。

（2） 计算偏心受压。计算钢纤维钢筋混凝土管片大偏心受压承载力主要根据混凝土结构设计标准，并对受拉區钢纤维的贡献进行考虑。

（3） 计算配筋。荷载安全系数1.35，计算配筋面积，浅埋断面管片内侧采用将佳密克丝4D型钢纤维掺入C55混凝土中，钢筋可达到承载力设计要求。

1.3 验算正常使用极限状态的裂缝宽度

钢纤维钢筋混凝土盾构管片根据钢纤维混凝土技术标准计算最大裂缝宽度，即可达到设计要求。

2分析钢纤维钢筋混凝土管片的主要优势

分析传统钢筋和钢纤维钢筋混凝土管片两种材料的成本，对其进行比较，在成本方面，中埋段钢纤维钢筋管片具有相对明显的优势，可使资金节约9.7%，浅埋和深埋段的钢纤维钢筋管片只节约较少的成本。在耐久性方面，根据验算裂缝宽度的结果可知道，在钢纤维增加，钢筋用量减少的设计过程中，浅埋管片裂缝宽度从0.16毫米逐渐降至0.14毫米，宽度减小12.5%。中埋管片裂缝宽度从0.15毫米降至0.11毫米，减小了26.7%，深埋管片具有比较接近的裂缝宽度。采用减小裂缝宽度方法可使管片明显提高耐久性[4]。

3结束语

综上所述，经分析承载力和钢纤维钢筋混凝土管片在正常使用极限状态下的有关结果，可知钢纤维混凝土设计方法不只是裂缝宽度减小，结构提高使用寿命和耐久性，经济优势比较明显。因此，在地铁建设应用中这种新型结构材料设计方法具有重要作用。

参考文献

[1] 叶烈平.混凝土结构[M].北京：清华大学出版社，2012：109.

[2] 仰建岗，刘伟，王秉纲.钢纤维混凝土弯曲疲劳性能研究[J].公路交通科技，2020，（2）：35-37.

[3] 荣健林，闻毓民，吴强.钢纤维混凝土盾构管片可行性分析[J].建筑设备与建筑材料，2006，（6）：158-159.

[4] 蒲奥.纤维混凝土管片设计研究及工程运用[D].成都：西南交通大学，2015.

作者简介

富尔康（1989-），男，辽宁开原人;学历：硕士研究生，现就职单位：沈阳市政集团有限公司，研究方向：建筑材料。

王喆（1982-），男，辽宁抚顺人;学历：大学本科学历，现就职单位：沈阳市政集团有限公司，研究方向：建筑材料。