高地温高地应力隧道喷射混凝土裂缝发展机理及抗裂技术措施研究

With the rapid development of economy, more and more deep and long tunnels emerges, the construction of which are often accompanied by high geothermal and in-situ stress, having a great impact on tunnel construction and quality of engineering. The cracks are inevitable in the environment of high geothermal and in-situ stress, and the crack is the greatest factor impact on the durability of sprayed concrete. Analyzing the mechanism of crack development and taking reasonable measures, it is necessary way to improve the durability of the tunnel. For the target of the research, say, the mechanism of sprayed concrete cracking under high geothermal and high ground stress, experimental equipment is specially designed and modelled in order to conduct research on cracking mechanism and anti-cracking technology using indoor test. From the research, influence principle of high geothermal and high ground stress on the generation and development of sprayed concrete micro-crack is proposed; on the basis of the results mentioned above, through the change of cementitious-materials component, the type and dose of fibre, thickness of sprayed layer and maintenance method, formula of sprayed concrete and anti-cracking technology are gained which is specifically adapted to high geothermal and high ground stress, setting a reference for the projects in the future.

随着经济的快速发展，深埋长大隧道工程不断涌现，高地温和高地应力地质灾害问题越来越凸显，对隧道正常施工和后期安全运营都造成了巨大的影响。高地温高地应力环境下，裂缝的出现是不可避免的，然而裂缝又是对喷射混凝土耐久性影响最大的因素，剖析裂缝的发展机理，采取合理的限制裂缝发展的措施，是提高隧道耐久性的必要手段。本课题以高地温高地应力情况下隧道喷射混凝土的裂缝发展机理为主要研究对象，专门设计并建造了模拟隧道喷射混凝土施工的试验台架，通过室内模型试验的方法，对裂缝发展机理及抗裂保障技术进行研究，得到高地温和高地应力对喷射混凝土裂缝生成以及发展的影响规律；在此基础上，通过微观、细观和宏观三个层次对喷射混凝土的抗裂措施进行研究，得到适应于高地温高地应力环境的喷射混凝土配方和抗裂保障措施，为类似隧道的设计和施工提供参考。

本项目以高地温高地应力条件下喷射混凝土裂缝发展机理及抗裂措施为主要研究内容，采用室内试验的研究手段，对喷射混凝土的净浆及砂浆材料进行研究，主要对材料抗折、抗压强度、微裂缝的宽度、密度及材料成分等进行了测试，并采用了MICP技术（微生物诱导碳酸盐沉淀）对裂缝进行了修复研究。得到了如下的研究成果：.1.随着温度的升高，纯硅酸盐水泥裂缝的宽度在增加，裂缝的密度和抗压强度会先增加后降低，抗折强度有明显的降低，材料的韧性有明显的降低；.2.在常温条件下，早龄期高地应力对喷射混凝土材料的强度影响较小，应力的存在会增加早期微裂缝的发展；.3.在高地温和高地应力复合条件下，材料的强度有较为明显的降低，裂缝的宽度和密度则有明显的增加，可见高地温及高地应力同时存在是最为不利的情况；.4.单独粉煤灰及矿粉的掺入，随着温度的升高，抗折强度明显降低，降低的幅度要小于纯硅酸盐水泥，复合掺加粉煤灰及矿粉，随着温度的升高，抗折强度并没有明显的降低；掺加粉煤灰及矿粉条件下，会明显增强材料的抗压强度，也会明显减少微裂缝的宽度和密度；经测定，粉煤灰最佳的掺入量为不超过20%，而矿粉最佳的掺入量为不超过30%；.5.纤维的掺入，极大的增强了高地温条件下材料的抗裂能力，裂缝密度得到了有效的降低，从效果上来，纳米纤维的效果是最好的；.6.对比净浆材料及砂浆材料强度可知，砂浆材料的强度明显要小于净浆材料的强度，可见强度的控制主要是由浆液和骨料间的粘结强度控制的；.7.通过运用MICP技术对裂缝的修复效果分析来看，固定液浓度为0.75mol/L情况下的裂缝修复效果是最好的，随着滴定时间的增加，材料强度的修复率是逐渐增加的，但是最高也只能达到原有的强度的66%，可见MICP技术对于裂缝的修复是有一定的限度的，并非能达到完全修复。