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(gòu)管片初步探討了鋼纖維鋼筋混凝土管片結(jié)構(gòu)設(shè)計，對其成本和力學(xué)性能優(yōu)勢進行分析，提出增加鋼纖維使鋼筋減少用量不只實現(xiàn)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(shè)計具有一定創(chuàng)新性，對于提高地鐵鋼纖維混凝土預(yù)制管片的應(yīng)用水平具有一定的借鑒作用。

關(guān)鍵詞 盾構(gòu)管片;鋼纖維混凝土;地鐵建設(shè)

前言

地鐵盾構(gòu)隧道中鋼筋混凝土管片應(yīng)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(fā)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(yōu)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(fā)達(dá)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(gòu)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(shè)計，提出采用鋼纖維將鋼筋部分取代，與傳統(tǒng)方案相比較，探討了地鐵盾構(gòu)隧道中鋼纖維鋼筋混凝土管片性能優(yōu)勢[1-3]。

1鋼纖維鋼筋混凝土管片的應(yīng)用

1.1 隧道基本情況及初步設(shè)計方案

某地鐵隧道20.8公里長，最大32米埋深，盾構(gòu)主要穿越砂層、粉土、黏土和粉質(zhì)黏土等地層，采用盾構(gòu)施工方法建設(shè)，使用壽命設(shè)計為100年。設(shè)計鋼筋混凝土管片5.4米內(nèi)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(nèi)外側(cè)最大配筋根據(jù)計算淺埋斷面的最大內(nèi)力而得到。

1.2 驗算鋼纖維鋼筋混凝土管片極限狀態(tài)承載力

按照鋼纖維鋼筋管片的復(fù)合設(shè)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(nèi)側(cè)，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(qū)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(jù)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，并對受拉區(qū)鋼纖維的貢獻進行考慮。

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

1.3 驗算正常使用極限狀態(tài)的裂縫寬度

鋼纖維鋼筋混凝土盾構(gòu)管片根據(jù)鋼纖維混凝土技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)計算最大裂縫寬度，即可達(dá)到設(shè)計要求。

2分析鋼纖維鋼筋混凝土管片的主要優(yōu)勢

分析傳統(tǒng)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(yōu)勢，可使資金節(jié)約9.7%，淺埋和深埋段的鋼纖維鋼筋管片只節(jié)約較少的成本。在耐久性方面，根據(jù)驗算裂縫寬度的結(jié)果可知道，在鋼纖維增加，鋼筋用量減少的設(shè)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(jié)束語

綜上所述，經(jīng)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(tài)下的有關(guān)結(jié)果，可知鋼纖維混凝土設(shè)計方法不只是裂縫寬度減小，結(jié)構(gòu)提高使用壽命和耐久性，經(jīng)濟優(yōu)勢比較明顯。因此，在地鐵建設(shè)應(yīng)用中這種新型結(jié)構(gòu)材料設(shè)計方法具有重要作用。

參考文獻

[1] 葉烈平.混凝土結(jié)構(gòu)[M].北京：清華大學(xué)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(gòu)管片可行性分析[J].建筑設(shè)備與建筑材料，2006，（6）：158-159.

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

作者簡介

富爾康（1989-），男，遼寧開原人;學(xué)歷：碩士研究生，現(xiàn)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(xué)歷：大學(xué)本科學(xué)歷，現(xiàn)就職單位：沈陽市政集團有限公司，研究方向：建筑材料。