地铁隧道衬砌支护用聚丙烯粗合成纤维替代钢纤维塑钢纤维

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地铁隧道衬砌支护用聚丙烯粗合成纤维

 (SAP 47S / SAP 55S / SAP 65S)

一、聚丙烯粗纤维在地铁隧道衬砌支护中的使用案例

传统隧道的衬砌支护是先架好钢筋网片，再使用喷射混凝土，钢筋网片的搭架费时费力，且工人在没有支护的隧道进行钢筋网片的搭架，也会产生潜在危险。随着混凝土支护技术的发展，国际上开始将钢纤维加入到喷射混凝土中作为增强材料，从而取代钢筋网片。但钢纤维在搅拌、喷射中有其固有的缺点，且易生锈。因此，使用工程合成粗纤维增强喷射混凝土已经成为国际普遍采用的方法，超过5000km的隧道衬砌支护使用了合成粗纤维增强的喷射混凝土。

例如青岛地铁1号线西镇站，该站位所处地质环境较好，整个车站均位于II级围岩中，围岩自稳性高，岩层主要以基岩裂隙水为主，富水性一般差，局部受构造作用破碎带富水性好，多属弱－微透水层，具备作为防水型单层衬砌隧道试验段的条件，公共区＋小端设备区（长113.45m)机电设备较少，主要为乘客活动区域，车站埋深较大，围岩稳定性较好，有条件设置单层衬砌。

此次采用的湿喷纤维混凝土技术是在湿喷料中掺入上海申湘Sapenfiber一定量长度48mm,等效直径0.8mm，抗拉强度600MPa，弹性模量9000MPa的聚烯烃粗合成纤维及外加剂，采用泵送作为湿喷料的压送喷射动力，在湿喷机的喷嘴处掺入液状速凝剂。聚烯烃纤维随混凝土一起被喷射至基面，通过混凝土与聚烯烃纤维的紧密咬合，形成一种具有一定程度匀质性，力学性能及抗渗性、抗收缩性等耐久性较好的混凝土－聚烯烃纤维复合材料。首先，这种复合材料具有一定的早期强度，能起到传统初期支护的安全性要求；

根据所做之A、B、C三组对照试验，zui终选择了水胶比200:500，聚丙烯粗纤维添加量6kg/m³的掺量方案，其7d，28d的强度均可以做到zui佳。另外团队在数值模拟中， 以典型的工程地质条件为背景， 基于真实梁受弯试验的数据， 参考相关规范计算相关材料模型参数；模拟出合成纤维Sapen加固混凝土的材料模型。 然后在ATENA有限元软件中， 模拟出隧道衬砌的受力情况。 用三种不同的方式模拟管片接头， 分析了埋深15米和20米两种工况， 并以荷载结构法的手算结果为依据进行了比较， 可以得出以下结论：

1. Sapen加固混凝土的各项性能过人， 符合隧道衬砌所需要的防腐蚀， 抗火、 耐久性等要

求。

2. Sapen加固的混凝土隧道衬砌在正常15米埋深时的zui大拉应力， zui大压应力以及裂缝宽

度， 位移等均满足设计要求。

3. 深埋隧道（20米时）因土拱效应的影响， 衬砌中zui大拉压应力与裂缝宽度均比15米时更小，

因此， Sapen加固的隧道衬砌在正常使用阶段静力学特性均满足要求。

4. 隧道衬砌内的应力状态呈弹塑性分布， 数值模拟所得结果与理论应力分布非常相近， 很好

的反应了纤维加固混凝土开裂后的性能。

二、聚丙烯粗合成纤维的化学成分

      聚丙烯粗合成纤维的主要化学指标：聚丙烯。

三、聚丙烯粗合成纤维的基本特点

1.为所有级别的混凝土提供良好的抗疲劳，抗收缩，抗震及良好的韧性；

2.操作简单，不易团结，安全，价格合理，节约成本；

3.可以用于高腐蚀，潮湿环境中表面经过压花处理，提高了与混凝土之间的咬合力，也提高了抗收缩、抗裂等性能。

4.粗合成纤维的刚度不及钢纤维，但实验证明同等条件下,粗合成纤维每立方混凝土需3kg-6kg，而钢纤维需要25kg-40kg,结果表明，含粗合成纤维的混凝土纤维韧性和抗裂效果更好。

5. 具有金属纤维不具备的防火性，在火灾中混凝土不易发生爆炸。

四、典型应用

用于喷浆混凝土，混凝土工程，地坪，桥梁，隧道，尤其在变形及韧性要求较高的工程，如矿井，水利水电工程等。

五、聚丙烯粗合成纤维的主要技术参数