基于正交试验的合成纤维及橡胶颗粒对湿喷混凝土力学性能的影响

为探究合成纤维及橡胶颗粒对湿喷混凝土力学性能的影响,在室内开展了纤维增强橡胶湿喷混凝土力学性能的测试研究,系统分析了玻璃纤维掺量、聚丙烯纤维掺量及橡胶颗粒掺量对湿喷混凝土力学性能的影响规律。结果表明:湿喷混凝土的强度指标随着玻璃纤维掺量的增加不断增大,随着聚丙烯纤维掺量的增加表现出先增大后减小的特征;玻璃纤维掺量对抗压、抗折强度的影响程度最大,橡胶颗粒掺量次之,而聚丙烯纤维掺量的影响程度最小;对于抗拉强度而言,玻璃纤维掺量的影响程度依然最大,橡胶颗粒掺量次之,聚丙烯纤维掺量最小;玻璃纤维和橡胶颗粒掺量为抗压强度的显著性影响因素,玻璃纤维和聚丙烯纤维掺量为抗拉和抗折强度的显著性影响因素;强度指标不仅受到单因素的影响,还受到因素间交互作用的显著影响;强度指标多目标优化结果表明,湿喷混凝土同时加入3种材料的最优配比为:玻璃纤维掺量0.25%、聚丙烯纤维掺量0.21%、橡胶颗粒掺量3.80%;纤维能够承担部分载荷,而添加适量橡胶颗粒能够填充试样内部孔隙,两者的共同作用增强了试样的力学性能。

多尺度聚丙烯纤维混凝土二次衬砌受力特性研究

运营隧道出现开裂、渗漏水、腐蚀等严重病害时,对衬砌病害的治理不仅要考虑支护结构的受力状况,还需考虑支护材料的性能。基于某病害隧道二次衬砌置换项目,开展了多尺度聚丙烯纤维混凝土(Multi-scale Polypropylene Fiber Reinforced Concrete,MPFRC)的二次衬砌现场浇筑试验,对衬砌强度、隧道表观、初期支护与二次衬砌接触压力、混凝土应变等进行长期观测与数据采集,研究了纤维混凝土二次衬砌结构的受力特性。结果表明:纤维对混凝土的强度提升明显,抗压、劈裂抗拉和抗折强度分别增长了7.51%、11.45%和26.95%;普通混凝土段与纤维混凝土段初期支护与二次衬砌最大接触压力均在拱脚,分别为282.63 kPa和231.83 kPa;二次衬砌纤维混凝土的应变相比于普通混凝土要小约45.45%,其应变-时间曲线相对平缓、数值更加稳定;MPFRC提高了衬砌强度的安全性,研究成果可为类似工程的病害预防与治理提供参考。

Evaluation of the effect of using fiber reinforcement in tunnel linings for metro projects

Metro(subway)is an advanced public transport infrastructure system in urban areas with high capacity.The traffic operation of a metro is not affected by other vehicle traffic thanks to underground tunnels.With these benefits metro lines are preferred to solve the traffic problem in urbanized cities such as Istanbul,which is the focus of this study.Metro projects require huge amounts of budgets to be built.Putting these projects into service in targeted time is of great importance.The objective of this study is to minimize total metro construction project time by utilizing fiber reinforcement in tunnel linings.In this research,using fiber reinforcement to construct primary(initial)tunnel linings and secondary(final)tunnel linings of the metro projects are analyzed in terms of project duration.After comparison of two railway tunnel projects,evaluations and observations of a completed metro project revealed that using fiber reinforcement for either the primary lining or the final lining of tunnels reduces construction time of metro station tunnels by 25%.In addition,using fiber reinforcement to construct both the final lining and the primary lining of tunnels reduces construction time of the metro station tunnels and the whole metro project by 47% and 22%,respectively.The results of this study can be useful for completing challenging metro projects and putting it into service within the targeted time.

隧道钢纤维喷射混凝土单层衬砌试验研究

为了解决隧道施工中采用单层喷射混凝土作为隧道永久衬砌的问题,对不同钢纤维及外添加剂掺量的混凝土分别进行了抗压、抗拉、抗渗以及弯曲强度等室内试验。结果表明,在喷射混凝土中加入钢纤维材料,其抗拉、抗弯以及抗渗水性能分别提高了65.6%、94.7%、98.1%;并通过现场试喷,选定符合设计要求、经济合理的配合比,在摩天岭隧道通风斜井施作了湿喷钢纤维混凝土,以单层衬砌代替原设计的复合式衬砌。工程实践证明,钢纤维湿喷混凝土,其支护强度达到了设计要求,喷射作业回弹损失量减少7%～15%。研究成果可为类似隧道纤维喷射混凝土单层衬砌技术的应用提供参考。

隧道钢纤维喷射混凝土性能试验及其工程应用

根据钢纤维喷射混凝土结构力学原理,为了研究钢纤维混凝土喷层在隧道单层永久衬砌支护中适用性,先分析钢纤维在混凝土中的增强力学作用机制,然后完成钢纤维喷射混凝土合理配比、抗拉、抗压、抗折及抗折初裂强度和弯曲性能等指标的室内试验;并结合具体的隧道现场喷射试验,以及围岩应力、钢纤维混凝土喷层应力及洞周附加水平收敛等监测数据进行分析。研究结果表明,钢纤维喷混凝土抗拉、抗折强度高,韧性好,喷层中的应力分布较均匀,具有较好的让压能力,喷射作业回弹损失量减少,说明钢纤维喷射混凝土是一种理想的单层衬砌支护材料,具有较好的推广应用价值。

聚丙烯纤维网喷射混凝土性能和衬砌试验

聚丙烯网状纤维喷射混凝土与传统素喷混凝土相比,抗拉、抗弯、抗渗水压力强度分别提高了56.2%,92.9%,100%;增加了密实性和质量稳定性;喷射作业回弹损失量减少10%～20%,粉尘减少1倍以上。在铁路、公路隧道中,已多次成功地将聚丙烯纤维网喷射混凝土用作隧道初期支护和永久衬砌,形成了完善的施工工艺,提高了隧道结构强度和质量。

软弱围岩隧道施工全过程非线性有限元分析

结合赣州-龙岩铁路某单线隧道软弱围岩地质情况,采用非线性有限元法对软弱围岩条件下的铁路隧道湿喷纤维混凝土支护结构施工过程进行了数值模拟,分析了围岩和支护结构体的非线性力学行为的应力场分布、位移场,围岩塑性区分布特征,指出台阶步开挖时拱顶下沉、底板上鼓、墙腰收缩的主要控制因素。

可靠度理论在确定隧道衬砌合理参数中的应用

以铁路隧道衬砌标准设计图中Ⅰ～Ⅲ级标准围岩衬砌断面的聚丙烯纤维网湿式喷射混凝土衬砌为分析对象,根据可靠度理论的基本原则和方法,对单线铁路隧道Ⅰ～Ⅲ级围岩条件下的聚丙稀纤维网湿喷混凝土隧道衬砌结构进行了可靠度分析.在分析中采用蒙特卡罗有限元方法,按现行<铁路隧道设计规范>所采用的'荷载-结构'模式,还根据规范中混凝土衬砌构件抗压破坏目标可靠指标值不小于4.2,抗拉破坏目标可靠指标值不小于2.5的要求,最后得到当围岩为Ⅰ～Ⅲ级时衬砌断面的最小厚度分别为6cm、8cm和20cm.

长陡斜井钢纤维喷射混凝土单层衬砌试验研究

摩天岭隧道1#通风斜井纵坡45.3%,长度接近1 400m,在此条件下施工风险高、施工难度大;采用施工简单,抗拉强度高,可随开挖掘进同步实施的钢纤维喷射混凝土单层衬砌是一种理想的技术方案.在借鉴Q系统支护设计基础上初步确定了斜井隧道单层衬砌参数;通过钢纤维喷射混凝土室内力学试验和现场规模试验,确定并推荐了斜井隧道单层衬砌最优配合比;在以上工作基础上通过数值分析、现场规模试验和监测测试,对斜井隧道单层衬砌方案进行了优化和稳定性分析.研究表明:(1)在隧道喷射混凝土中加入体积掺量0.6%左右的钢纤维,可极大地增大喷射混凝土支护结构的延展性,其峰后强度明显提高,同时可随隧道开挖掘进同步进行,是一种经济、合理、可靠地隧道和地下结构工程支护结构;(2)由于采用湿喷工艺,钢纤维喷射混凝土早期强度高,施工质量高,施工环境影响小,回弹率低;同模筑混凝土相比,地质条件适宜性强,施工工艺简单、方便、灵活,在条件适宜时可作为隧道和地下工程的永久支护.(3)建议摩天岭隧道1#通风斜井洞身段Ⅱ、Ⅲ及Ⅳ级围岩无地下水出露洞段采用钢纤维喷射混凝土单层衬砌取代原设计的复合衬砌.

基于有限差分法的隧道新型支护结构稳定性分析

聚丙烯纤维混凝土具有良好的变形性能,可以很好地适应隧道施工过程中围岩应力释放而产生的围岩压力;混凝土湿喷技术的引入可有效地改善隧道内工作环境,提高混凝土喷射质量。将湿喷聚丙烯纤维混凝土和锚杆应用于隧道支护结构,可起到良好的经济效益和支护效果。为了确保隧道施工过程的安全性和稳定性,采用FLAC有限差分计算软件对该支护结构性能和隧道的稳定性进行了计算和分析。分析模型中考虑围岩材料的非线性特性,以及围岩–支护结构体系位移场、塑性区和锚杆轴力的分布特征。分析结果表明:这种支护结构可有效地降低拱顶下沉,底板上鼓,提高成洞空间;围岩和支护结构体系协同工作,极大地发挥围岩的自承载能力。

聚丙烯纤维网湿喷混凝土隧道衬砌的应用研究

针对传统喷射混凝土用于隧道衬砌存在的质量离散性大、抗拉强度低、密实性和耐久性差等问题，研究采用在混凝土中掺入聚丙烯纤维网的解决方案。通过对不同掺量的聚丙烯纤维网混凝土试件进行实验分析，结果表明，在混凝土中掺入体积掺量为0．1％～0．2％的聚丙烯纤维网，可使抗拉强度提高50％以上，抗渗性能提高55．6％以上。在宝兰铁路东巨寺沟隧道直接喷射聚丙烯纤维网混凝土，并对喷层厚度测量和外观质量观察表明，喷层厚度均匀，表面平整；3个分段试件的强度值离散性小，平均抗压强度分别为43．2，44．3，44．2MPa，平均抗折强度分别为5．7，5．9，5．9MPa。聚丙烯纤维网混凝土既可用于隧道开挖后的支护，又能用于隧道的永久衬砌。

秦岭隧道钢纤维喷混凝土衬砌质量控制

在秦岭隧道采用钢纤维喷混凝土衬砌的施工中 ,由于严格按秦岭隧道标准和有关设计文件要求进行原材料和配比的选择以及施工质量的检验 ,取得了良好的效果。

硬岩隧道锚喷支护施工过程非线性有限元分析

聚丙烯纤维喷混凝土作为隧道锚喷支护中的新型支护方式,具有施工便捷特点,并可以改善混凝土的性能和耐久性。文章采用非线性有限元法对东巨寺沟硬质围岩铁路隧道进行了大断面开挖-锚喷支护施工全过程分析,分析了施工过程中围岩的位移变形、应力、塑性区分布特征,验证了隧道支护后的围岩稳定性和支护效果。

聚丙稀纤维网湿喷混凝土隧道衬砌结构的可靠度分析

根据可靠性理论的基本原则和方法,按现行隧道设计规范所采用的"荷载—结构"模式,对单线铁路隧道聚丙稀纤维网湿喷混凝土隧道衬砌结构进行了可靠度分析,用实例验证了方法的可行性。

漫谈矿山法隧道技术第七讲——纤维混凝土衬砌

目前国际上纤维混凝土衬砌有代替钢筋混凝土衬砌的趋势,而我国在这方面的研究力度不够,亟待加强。1)介绍日本采用钢纤维混凝土、聚丙烯纤维混凝土和素混凝土进行的纤维混凝土承载特性试验的试验组合、加载方法及试验结果。2)介绍日本的非钢纤维混凝土衬砌配比试验,试验采用PP、PVA和PET 3种非钢纤维,采用不同混入率及不同的配比组合进行;试验结果是抗压强度因基本配比的不同而有差异,其顺序为"低发热配比"<"标准配比"<"高流动性配比";弯曲韧性与纤维种类无关,为提高弯曲韧性,增加纤维混入率是最有效的。3)从纤维混凝土材料的品质管理基准、配比、纤维混入的决定方法、纤维混凝土基准试验的项目及频率、标准配比的决定方法、日常管理试验的项目及频率、施工、非钢纤维品质规格、隧道衬砌用非钢纤维均一性确认试验、衬砌纤维混凝土模拟浇筑试验等方面阐述纤维混凝土衬砌的施工管理要领。4)最后指出,在易于发生较大变形的围岩,如膨胀性围岩、挤压性围岩以及土砂围岩等软弱围岩,需要二次衬砌发挥力学功能的场合,采用纤维混凝土衬砌是合适的选择。纤维混凝土衬砌需要研究解决的问题很多,如纤维类型的选定、纤维混入率的决定以及确保纤维混凝土衬砌品质的施工工艺等。若有可能,选定一二座隧道进行试验施工,以推进纤维混凝土衬砌的应用。

硬岩铁路隧道湿喷聚丙烯纤维混凝土支护结构稳定性分析

在隧道支护结构中采用湿喷工艺喷射聚丙烯纤维混凝土技术可以提高隧道围岩的稳定性,符合混凝土向高性能、绿色化、施工注重环境保护的发展趋势。在宝鸡-兰州复线东巨寺沟铁路隧道选取试验段中实施湿喷工艺喷射聚丙烯纤维混凝土,作为支护结构,并作永久性支护结构,免除二次衬砌工作。采用非线性有限元方法,分析了该铁路隧道试验段采用湿喷纤维混凝土支护结构的隧道围岩稳定性,分析了未支护和湿喷纤维混凝土支护的隧道围岩稳定性。分析结果表明:与未支护的隧道相比较,支护后的隧道围岩塑性区分布范围得到了减小,隧道变形微小。隧道变形实测结果表明:隧道的变形微小,处于稳定状态。

TBM施工隧洞富水段湿喷混凝土施工技术

湿喷混凝土由于粉尘少、回弹率低、喷射效率高、质量稳定可靠在地下工程中被广泛应用。但在富水地段,湿喷混凝土的质量和效果往往很难得到保证。通过对大伙房水库输水工程TBM掘进机湿喷混凝土的应用,积累了在富水地段湿喷混凝土的施工技术和经验,现将此施工技术和经验进行总结,以待为今后工程施工提供一些借鉴和参考。

湿喷混凝土在秦岭隧道的应用

秦岭隧道采用了湿式喷混凝土(包括湿喷钢纤维混凝土和湿喷素混凝土)进行初期支护和永永支护,取得了良好的效果。文章介绍了其工程概况、配合比设计、施工工艺及应用效果。

铁路隧道聚丙烯纤维喷射混凝土力学与耐久性能研究

聚丙烯纤维喷射混凝土在铁路隧道中得到了广泛的使用。因此,制备了聚丙烯纤维体积掺量分别为0、0.05%、0.10%、0.15%、0.20%和0.25%的喷射混凝土;开展了不同聚丙烯纤维体积掺量和养护龄期的混凝土抗压强度、抗折强度和抗拉强度测试,不同聚丙烯纤维体积掺量的抗渗性能测试,以及不同聚丙烯体积掺量和冻融循环次数的抗冻性能测试;分析了聚丙烯纤维掺量对喷射混凝土力学与耐久性能的影响规律。研究结果表明:聚丙烯纤维的加入能够提高铁路隧道喷射混凝土的拉压比,提高其抗裂以及抗震能力,聚丙烯纤维体积掺量为0.10%~0.20%时,铁路隧道喷射混凝土的抗压和抗折性能最佳;聚丙烯纤维体积掺量由0增加至0.10%时,铁路隧道喷射混凝土的渗水高度减小幅度最大,抗渗性价比最高;铁路隧道喷射混凝土抗冻性能最佳的聚丙烯纤维体积掺量为0.15%。

聚丙烯纤维喷射混凝土施工技术探析

文中以鸡鸣隧道为例,分析了聚丙烯纤维喷射混凝土配合比,深入研究了聚丙烯纤维喷射混凝土施工技术,以全面提升此类工程的全要素生产率。