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)引起人們對于重大工程安全性的關(guān)心和重視。通過對結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行監(jiān)測和診斷，及時地發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的損傷，對可能出現(xiàn)的災(zāi)害進(jìn)行預(yù)測，評估其安全性已經(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，進(jìn)一步為復(fù)合纖維混凝土管片的設(shè)計提供科學(xué)的依據(jù)。
研究內(nèi)容有如下三個方面：
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；同時考慮復(fù)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(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)脫離盾尾后相對靜態(tài)工況下的振弦式鋼筋應(yīng)力計和光纖光柵傳感器組合監(jiān)測技術(shù)，同時通過該組合監(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)用提供了安全性評估的依據(jù)，并為復(fù)合纖維少筋混凝土管片在設(shè)計上積累了經(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)曙光軟件對地鐵隧道普通混凝土襯砌管片進(jìn)行了數(shù)值模擬計算，同時采用ANSYS軟件對試驗(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。