隨著中國城鎮化進程的不斷發展，城市人口必然越來越多，而城市土地卻越用越少。為緩解城市發展的迫切需要，對城市地下空間的大規模開發已成必然趨勢。地下鐵道，以它的快速、正點、安全、舒適、大運量、低能耗、小污染的優點越來越為城市居民所青睞，可望成為2l世紀城市公共交通的主要工具。
目前盾構法施工已成為城市軟土地層中修建地下隧道、管道工程主要方法。在盾構法中，由若干預制管片或砌塊拼裝而成隧道襯砌結構體，管片必須滿足工程結構的強度和剛度要求，滿足工程所提出的安全質量指標要求，這使得隧道襯砌結構的設計相當復雜，從而襯砌材料的選擇就顯得非常重要。
盡管用盾構法施工的隧道已有一百多年的歷史，但現代鋼筋混凝土管片在耐久性安全度方面仍存在諸多令人不安的問題。目前我國土木工程事故頻繁發生，世界范圍內的地震、暴風等自然災害也對很多建筑物和結構造成不同程度的損傷，已經引起人們對于重大工程安全性的關心和重視。通過對結構性能進行監測和診斷，及時地發現結構的損傷，對可能出現的災害進行預測，評估其安全性已經成為未來工程的必然要求，也是土木工程學科發展的一個重要領域。
因此本文從復合纖維混凝土管片代替傳統鋼筋混凝土管片角度出發，進行了復合纖維混凝土管片的性能研究，同時通過上海地鐵的M6線復合纖維少筋混凝土管片試驗段安全性在線監測，分析研究了復合纖維少筋混凝土管片安全性能與監測技術，并通過數值模擬與監測數據進行了比對，進一步為復合纖維混凝土管片的設計提供科學的依據。
研究內容有如下三個方面：
1、復合纖維混凝土管片的力學性能研究
通過鋼纖維混凝土、聚丙烯混凝土、聚合物結構纖維混凝土、復合纖維混凝土的一系列試驗，分析了復合纖維中高彈模鋼纖維和低彈模聚丙烯纖維各自對混凝土性能的影響；研究了彈性模量介于鋼纖維與聚丙烯纖維之間的聚合物結構纖維對混凝土性能影響的研究，用不同摻量混凝土與固定摻量鋼纖維混凝土進行同參數比較，尋找可替代鋼纖維的最佳摻量；同時考慮復合纖維摻量變化及鋼纖維長徑比變化對混凝土性能的影響，研究通過變化鋼纖維的摻量來復合纖維混凝土的力學性能變化；分析了復合纖維高性能混凝土的破壞過程及其在不同受力狀態破壞機理；分析研究了復合纖維混凝土管片的彎曲力學性能。
2、盾構隧道管片安全性在線監測技術研究
根據上海市地鐵M6線藍村路站至浦電路站區間復合纖維少筋混凝土管片試驗段的健康監測數據，分析研究了盾構隧道混凝土管片的安全性在線監測技術。介紹并研究了隧道管片在盾構施工階段復雜應力工況下應變膜的安全性裂縫預警技術；隧道管片在盾構機脫離盾尾后相對靜態工況下的振弦式鋼筋應力計和光纖光柵傳感器組合監測技術，同時通過該組合監測技術也為復合纖維混凝土管片在盾構隧道的應用提供了安全性評估的依據，并為復合纖維少筋混凝土管片在設計上積累了經驗。
3、盾構隧道管片的數值模擬分析
由于地層情況、施工狀態各種條件比較復雜，不同地段的隧道管片在實施監測時所獲取的數據常常相差較大，為了能構更好的利用已采集的安全性在線監測數據，采用上海地鐵M6線藍村路站至浦電路站區間復合纖維少筋混凝土管片試驗段的基本信息進行參數設置，通過同濟曙光軟件對地鐵隧道普通混凝土襯砌管片進行了數值模擬計算，同時采用ANSYS軟件對試驗段管片進行了不同工況下的有限元分析，以便該段實際安全性監測數據相互參照。 |