21世紀，我國在北京、上海、廣州、南京等大城市進行了大規模的地鐵建設，相當壹部分地段采用盾構法施工。由於盾構隧道施工技術可以最大限度地減少對城市其他設施的影響，正逐漸成為地鐵隧道建設中的主流技術。
目前盾構管片主要是鋼筋混凝土管片，但在實踐中發現，壹般1.2m寬的A型鋼筋混凝土管片重約4t，在運輸和安裝過程中容易損壞和開裂。管片的損傷和裂縫對隧道的安全性和耐久性產生不利影響，是盾構法施工中壹個棘手但必須解決的問題。研究和試驗表明，鋼纖維混凝土具有良好的力學性能，可以解決上述問題。國外已有鋼纖維混凝土盾構管片的實例。然而，鋼纖維材料的高價格是限制其應用的主要因素。本文簡要分析了其可行性。
1鋼纖維混凝土的力學性能
鋼纖維增強混凝土(SFRC)是壹種多向復合建築材料。與普通混凝土相比，鋼纖維混凝土具有以下主要優點:
①抗拉強度、抗彎強度、抗剪強度高；
②韌性和抗沖擊性好；
(3)抑制裂紋擴展能力強，變形能大；
④優異的耐磨性，良好的抗凍融性和耐熱性；
⑤棱角處碎裂少，不易爆裂。
2鋼纖維混凝土盾構管片的優點
2.1承載力提高。
(1)鋼筋混凝土構件受拉區混凝土開裂後失去作用，開裂後的鋼纖維混凝土仍能承受壹定的拉力；
(2)通常，結構設計的原則是按承載力極限狀態法設計，按正常使用的極限狀態法驗算。鋼纖維混凝土結構最大裂縫寬度驗算公式[1]為:
其中:
wf max——按荷載效應標準組合並考慮長期效應計算的鋼筋鋼纖維混凝土構件的最大裂縫寬度；
WMAX——同等級鋼筋混凝土構件的最大裂縫寬度，按現行《混凝土結構設計規範》計算；
βCW——鋼纖維對構件裂縫寬度的影響系數。對於偏心受壓結構，βCW = 0.35；
λ f是鋼纖維的特征參數，與鋼纖維的長徑比(L/D)和體積比(ρf)有關。對於盾構管片，ρf壹般為0.4%~0.6%。
因此，在相同的內力條件下，計算所需的含鋼量將顯著減少(從表1可以看出)，也就是說，在相同的配筋條件下，鋼纖維混凝土結構的承載力將顯著提高。
2.2安全性和耐用性
對於地下結構，結構的碳化和侵蝕性介質的腐蝕是影響其耐久性的重要因素，地鐵隧道雜散電流的電化學腐蝕也是壹個重要因素。
雜散電流的腐蝕主要是通過電化學反應，在鋼筋與混凝土的界面產生可溶性的堿式矽酸鹽或鋁酸鹽，顯著降低粘結強度。在電流離開鋼筋並返回混凝土的地方，鋼筋是陽極並被腐蝕。腐蝕產物在陽極的積累產生機械膨脹力，使混凝土開裂。這和自然環境中鋼筋銹蝕產生的銹脹力導致混凝土開裂的機理是壹樣的。
因此，混凝土中鋼筋的腐蝕是導致混凝土結構耐久性損傷的最重要因素。
試驗研究發現[2]，當快速碳化齡期為28d時(正常大氣條件下，自然儲存齡期為50年的混凝土的自然碳化深度相當於按國標方法計算的28d碳化深度)，纖維混凝土的碳化深度小於素混凝土，降低約50%；當鋼纖維含量為30kg/m3時，鋼纖維混凝土的開裂時間約為素混凝土的65438±0.5倍。在保護層厚度和鋼筋直徑不變的情況下，當鋼纖維摻量達到60kg/m3時，保護層開裂時間是零摻量的1.7倍，因此摻入纖維可以延長鋼筋混凝土的使用壽命。
2.3鋼纖維混凝土管片成本
2.3.1初始投資成本
以北京地鐵某標段盾構管片為例，假設整個環段的截面配筋相同，進行簡要分析。原設計A型鋼筋混凝土節段內徑Ri為2.7m，厚度為300mm，寬度為1.2m，上下兩段分別配有8根φ 18螺紋鋼筋，配筋率ρ為1.13%。采用鋼纖維混凝土管片進行設計，有兩種方案:壹種是管片厚度不變，截面配筋為8 φ 14螺紋鋼筋，鋼纖維含量為30k g/m3；另壹種是上下段配8根φ 12螺紋鋼筋，鋼纖維含量40kg/m3。記住以上三個方案依次是①、②、③。實際中，材料的單價比是混凝土(m3):鋼筋(t):鋼纖維(t)=1:8:20。因為土方量相差不大，所以不考慮。以350元/m3的混凝土單價為基礎，這裏只計算材料費，其他費用假設相同。初步投資估算見表1(每環)。
從上表可以看出，鋼纖維混凝土管片的總投資並沒有明顯增加。與鋼筋混凝土管片相比，方案②和③所需的追加投資分別為鋼筋混凝土管片原投資的7.2%和9.2%。
2.3.2生命周期成本
雖然鋼纖維混凝土的初期投資成本有所增加，但由於混凝土抗沖擊性能和抗拉強度的提高，管片損壞造成的滲漏會大大減少，從而減少防水堵漏費用和長期維護費用；同時，鋼纖維混凝土的耐久性優於鋼筋混凝土，可以延長工程的使用壽命。綜合考慮地鐵隧道結構的安全性、運營維護成本以及配套設備的全壽命周期成本，采用鋼纖維混凝土管片在經濟上是可行的。
2.3.3鋼纖維價格預測
制約鋼纖維應用的主要因素是其價格。由於目前鋼纖維價格昂貴，僅在國內部分重點工程或部分工程的關鍵部位使用，所以鋼纖維需求量不大，現有鋼纖維生產廠家可以滿足需求。然而，鋼纖維在中國的廣泛使用是壹種趨勢。如果國內鋼纖維出現明顯的競爭態勢，優質鋼纖維的價格必然會下跌。
據悉，國內絕大部分優秀鋼纖維在7000~8000元/噸，貝卡鋼纖維價格在14000~15000元/噸，但國外貝卡鋼纖維價格在6000~7000元/噸左右，價格彈性較大。如果鋼纖維的價格能夠降低，鋼纖維混凝土管片的優勢將更加明顯。
3結論
綜上所述，鋼纖維混凝土管片作為壹種新型盾構管片，其性能優於普通鋼筋混凝土管片。綜合考慮地鐵隧道的結構安全性、運營維護成本以及配套設施的全壽命周期成本，采用鋼纖維混凝土管片是可行的。另壹方面，建設部門在考慮鋼纖維混凝土的應用時，不僅要計算壹次性投資，還要考慮節約的間接成本、鋼纖維混凝土的優良性能、較低的維護成本以及延長使用壽命所獲得的綜合經濟效益。其潛在價值不可低估。
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