地鐵隧道襯砌支護用聚丙烯粗合成纖維替代鋼纖維塑鋼纖維

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地鐵隧道襯砌支護用聚丙烯粗合成纖維

 (SAP 47S / SAP 55S / SAP 65S)

一、聚丙烯粗纖維在地鐵隧道襯砌支護中的使用案例

傳統隧道的襯砌支護是先架好鋼筋網片，再使用噴射混凝土，鋼筋網片的搭架費時費力，且工人在沒有支護的隧道進行鋼筋網片的搭架，也會產生潛在危險。隨著混凝土支護技術的發展，國際上開始將鋼纖維加入到噴射混凝土中作為增強材料，從而取代鋼筋網片。但鋼纖維在攪拌、噴射中有其固有的缺點，且易生銹。因此，使用工程合成粗纖維增強噴射混凝土已經成為國際普遍采用的方法，超過5000km的隧道襯砌支護使用了合成粗纖維增強的噴射混凝土。

例如青島地鐵1號線西鎮站，該站位所處地質環境較好，整個車站均位于II級圍巖中，圍巖自穩性高，巖層主要以基巖裂隙水為主，富水性一般差，局部受構造作用破碎帶富水性好，多屬弱－微透水層，具備作為防水型單層襯砌隧道試驗段的條件，公共區＋小端設備區（長113.45m)機電設備較少，主要為乘客活動區域，車站埋深較大，圍巖穩定性較好，有條件設置單層襯砌。

此次采用的濕噴纖維混凝土技術是在濕噴料中摻入上海申湘Sapenfiber一定量長度48mm,等效直徑0.8mm，抗拉強度600MPa，彈性模量9000MPa的聚烯烴粗合成纖維及外加劑，采用泵送作為濕噴料的壓送噴射動力，在濕噴機的噴嘴處摻入液狀速凝劑。聚烯烴纖維隨混凝土一起被噴射至基面，通過混凝土與聚烯烴纖維的緊密咬合，形成一種具有一定程度勻質性，力學性能及抗滲性、抗收縮性等耐久性較好的混凝土－聚烯烴纖維復合材料。首先，這種復合材料具有一定的早期強度，能起到傳統初期支護的安全性要求；

根據所做之A、B、C三組對照試驗，zui終選擇了水膠比200:500，聚丙烯粗纖維添加量6kg/m³的摻量方案，其7d，28d的強度均可以做到zui佳。另外團隊在數值模擬中， 以典型的工程地質條件為背景， 基于真實梁受彎試驗的數據， 參考相關規范計算相關材料模型參數；模擬出合成纖維Sapen加固混凝土的材料模型。 然后在ATENA有限元軟件中， 模擬出隧道襯砌的受力情況。 用三種不同的方式模擬管片接頭， 分析了埋深15米和20米兩種工況， 并以荷載結構法的手算結果為依據進行了比較， 可以得出以下結論：

1. Sapen加固混凝土的各項性能過人， 符合隧道襯砌所需要的防腐蝕， 抗火、 耐久性等要

求。

2. Sapen加固的混凝土隧道襯砌在正常15米埋深時的zui大拉應力， zui大壓應力以及裂縫寬

度， 位移等均滿足設計要求。

3. 深埋隧道（20米時）因土拱效應的影響， 襯砌中zui大拉壓應力與裂縫寬度均比15米時更小，

因此， Sapen加固的隧道襯砌在正常使用階段靜力學特性均滿足要求。

4. 隧道襯砌內的應力狀態呈彈塑性分布， 數值模擬所得結果與理論應力分布非常相近， 很好

的反應了纖維加固混凝土開裂后的性能。

二、聚丙烯粗合成纖維的化學成分

      聚丙烯粗合成纖維的主要化學指標：聚丙烯。

三、聚丙烯粗合成纖維的基本特點

1.為所有級別的混凝土提供良好的抗疲勞，抗收縮，抗震及良好的韌性；

2.操作簡單，不易團結，安全，價格合理，節約成本；

3.可以用于高腐蝕，潮濕環境中表面經過壓花處理，提高了與混凝土之間的咬合力，也提高了抗收縮、抗裂等性能。

4.粗合成纖維的剛度不及鋼纖維，但實驗證明同等條件下,粗合成纖維每立方混凝土需3kg-6kg，而鋼纖維需要25kg-40kg,結果表明，含粗合成纖維的混凝土纖維韌性和抗裂效果更好。

5. 具有金屬纖維不具備的防火性，在火災中混凝土不易發生爆炸。

四、典型應用

用于噴漿混凝土，混凝土工程，地坪，橋梁，隧道，尤其在變形及韌性要求較高的工程，如礦井，水利水電工程等。

五、聚丙烯粗合成纖維的主要技術參數