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(chuan)統(tong)隧(sui)道(dao)的(de)襯(chen)砌(qi)支(zhi)護(hu)是(shi)先(xian)架(jia)好(hao)鋼(gang)筋(jin)網(wang)片(pian)，再(zai)使(shi)用(yong)噴(pen)射(she)混(hun)凝(ning)土(tu)
，鋼(gang)筋(jin)網(wang)片(pian)的(de)搭(da)架(jia)費(fei)時(shi)費(fei)力(li)，且(qie)工(gong)人(ren)在(zai)沒(mei)有(you)支(zhi)護(hu)的(de)隧(sui)道(dao)進(jin)行(xing)鋼(gang)筋(jin)網(wang)片(pian)的(de)搭(da)架(jia)
，也(ye)會(hui)產(chan)生(sheng)潛(qian)在(zai)危(wei)險(xian)。隨(sui)著(zhe)混(hun)凝(ning)土(tu)支(zhi)護(hu)技(ji)術(shu)的(de)發(fa)展(zhan)，國(guo)際(ji)上(shang)開(kai)始(shi)將(jiang)鋼(gang)纖(xian)維(wei)加(jia)入(ru)到(dao)噴(pen)射(she)混(hun)凝(ning)土(tu)中(zhong)作(zuo)為(wei)增(zeng)強(qiang)材(cai)料(liao)，從(cong)而(er)取(qu)代(dai)鋼(gang)筋(jin)網(wang)片(pian)。但(dan)鋼(gang)纖(xian)維(wei)在(zai)攪(jiao)拌(ban)、噴射中有其固有的缺點
，且易生鏽。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，整個車站均位於II級圍岩中，圍岩自穩性高
，岩層主要以基岩裂隙水為主，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，圍岩穩定性較好
，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(de)聚(ju)烯(xi)烴(ting)粗(cu)合(he)成(cheng)纖(xian)維(wei)及(ji)外(wai)加(jia)劑(ji)

，采(cai)用(yong)泵(beng)送(song)作(zuo)為(wei)濕(shi)噴(pen)料(liao)的(de)壓(ya)送(song)噴(pen)射(she)動(dong)力(li)，在(zai)濕(shi)噴(pen)機(ji)的(de)噴(pen)嘴(zui)處(chu)摻(chan)入(ru)液(ye)狀(zhuang)速(su)凝(ning)劑(ji)。聚(ju)烯(xi)烴(ting)纖(xian)維(wei)隨(sui)混(hun)凝(ning)土(tu)一(yi)起(qi)被(bei)噴(pen)射(she)至(zhi)基(ji)麵(mian)，通(tong)過(guo)混(hun)凝(ning)土(tu)與(yu)聚(ju)烯(xi)烴(ting)纖(xian)維(wei)的(de)緊(jin)密(mi)咬(yao)合(he)，形(xing)成(cheng)一(yi)種(zhong)具(ju)有(you)一(yi)定(ding)程(cheng)度(du)勻(yun)質(zhi)性(xing)，力(li)學(xue)性(xing)能(neng)及(ji)抗(kang)滲(shen)性(xing)
、抗收縮性等耐久性較好的混凝土－聚烯烴纖維複合材料。首先
，這種複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， 基於真實梁受彎試驗的數據
， 參考相關規範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。 然後在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， 並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後的性能。

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.可以用於高腐蝕，潮濕環境中表麵經過壓花處理，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

用於噴漿混凝土

，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