隨著中國城鎮(zhèn)化進(jìn)程的不斷發(fā)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(fā)展的迫切需要，對(duì)城市地下空間的大規(guī)模開發(fā)已成必然趨勢。地下鐵道，以它的快速、正點(diǎn)、安全、舒適、大運(yùn)量、低能耗、小污染的優(yōu)點(diǎn)越來越為城市居民所青睞，可望成為2l世紀(jì)城市公共交通的主要工具。
    目前盾構(gòu)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(gòu)法中，由若干預(yù)制管片或砌塊拼裝而成隧道襯砌結(jié)構(gòu)體，管片必須滿足工程結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度要求，滿足工程所提出的安全質(zhì)量指標(biāo)要求，這使得隧道襯砌結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)相當(dāng)復(fù)雜，從而襯砌材料的選擇就顯得非常重要。
    盡管用盾構(gòu)法施工的隧道已有一百多年的歷史，但現(xiàn)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(fā)生，世界范圍內(nèi)的地震、暴風(fēng)等自然災(zāi)害也對(duì)很多建筑物和結(jié)構(gòu)造成不同程度的損傷，已經(jīng)引起人們對(duì)于重大工程安全性的關(guān)心和重視。通過對(duì)結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行監(jiān)測和診斷，及時(shí)地發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的損傷，對(duì)可能出現(xiàn)的災(zāi)害進(jìn)行預(yù)測，評(píng)估其安全性已經(jīng)成為未來工程的必然要求，也是土木工程學(xué)科發(fā)展的一個(gè)重要領(lǐng)域。
    因此本文從復(fù)合纖維混凝土管片代替?zhèn)鹘y(tǒng)鋼筋混凝土管片角度出發(fā)，進(jìn)行了復(fù)合纖維混凝土管片的性能研究，同時(shí)通過上海地鐵的M6線復(fù)合纖維少筋混凝土管片試驗(yàn)段安全性在線監(jiān)測，分析研究了復(fù)合纖維少筋混凝土管片安全性能與監(jiān)測技術(shù)，并通過數(shù)值模擬與監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行了比對(duì)，進(jìn)一步為復(fù)合纖維混凝土管片的設(shè)計(jì)提供科學(xué)的依據(jù)。
研究內(nèi)容有如下三個(gè)方面：
1、復(fù)合纖維混凝土管片的力學(xué)性能研究
    通過鋼纖維混凝土、聚丙烯混凝土、聚合物結(jié)構(gòu)纖維混凝土、復(fù)合纖維混凝土的一系列試驗(yàn)，分析了復(fù)合纖維中高彈模鋼纖維和低彈模聚丙烯纖維各自對(duì)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(jié)構(gòu)纖維對(duì)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(jìn)行同參數(shù)比較，尋找可替代鋼纖維的最佳摻量；同時(shí)考慮復(fù)合纖維摻量變化及鋼纖維長徑比變化對(duì)混凝土性能的影響，研究通過變化鋼纖維的摻量來復(fù)合纖維混凝土的力學(xué)性能變化；分析了復(fù)合纖維高性能混凝土的破壞過程及其在不同受力狀態(tài)破壞機(jī)理；分析研究了復(fù)合纖維混凝土管片的彎曲力學(xué)性能。
2、盾構(gòu)隧道管片安全性在線監(jiān)測技術(shù)研究
    根據(jù)上海市地鐵M6線藍(lán)村路站至浦電路站區(qū)間復(fù)合纖維少筋混凝土管片試驗(yàn)段的健康監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析研究了盾構(gòu)隧道混凝土管片的安全性在線監(jiān)測技術(shù)。介紹并研究了隧道管片在盾構(gòu)施工階段復(fù)雜應(yīng)力工況下應(yīng)變膜的安全性裂縫預(yù)警技術(shù)；隧道管片在盾構(gòu)機(jī)脫離盾尾后相對(duì)靜態(tài)工況下的振弦式鋼筋應(yīng)力計(jì)和光纖光柵傳感器組合監(jiān)測技術(shù)，同時(shí)通過該組合監(jiān)測技術(shù)也為復(fù)合纖維混凝土管片在盾構(gòu)隧道的應(yīng)用提供了安全性評(píng)估的依據(jù)，并為復(fù)合纖維少筋混凝土管片在設(shè)計(jì)上積累了經(jīng)驗(yàn)。
3、盾構(gòu)隧道管片的數(shù)值模擬分析
    由于地層情況、施工狀態(tài)各種條件比較復(fù)雜，不同地段的隧道管片在實(shí)施監(jiān)測時(shí)所獲取的數(shù)據(jù)常常相差較大，為了能構(gòu)更好的利用已采集的安全性在線監(jiān)測數(shù)據(jù)，采用上海地鐵M6線藍(lán)村路站至浦電路站區(qū)間復(fù)合纖維少筋混凝土管片試驗(yàn)段的基本信息進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，通過同濟(jì)曙光軟件對(duì)地鐵隧道普通混凝土襯砌管片進(jìn)行了數(shù)值模擬計(jì)算，同時(shí)采用ANSYS軟件對(duì)試驗(yàn)段管片進(jìn)行了不同工況下的有限元分析，以便該段實(shí)際安全性監(jiān)測數(shù)據(jù)相互參照。