混杂耐碱玻纤喷射混凝土复杂环境隧道工程应用

《混杂耐碱玻纤喷射混凝土复杂环境隧道工程应用》以实际工程为依托，采用室内试验、现场试验、理论分析与数值计算相结合的方法，系统介绍了结构化混杂耐碱玻纤喷射混凝土及其在高原复杂环境铁路隧道中的应用。全书共7章，主要内容包括绪论、典型高地温隧道喷射混凝土变形破坏特征、混杂耐碱玻纤喷射混凝土力学与微观特性试验研究、混杂耐碱玻纤抑制喷射混凝土温度损伤试验研究、混杂耐碱玻纤抑制喷射混凝土-岩石界面温度损伤试验研究、工程应用、结论与展望。
本书可供土木工程、隧道工程、岩土工程等领域的工程技术人员、科研人员等学习，也可供高等院校隧道工程、材料工程、安全科学与工程等相关专业师生参考。

随着隧道等地下工程向超深埋、超大断面、长距离方向发展，高地温成为地下工程建设期间不可避免的不良地质条件之一。为保障高地温隧道的施工环境，需根据相应的温度梯度，采用多种措施进行降温。这造成喷射混凝土等初期支护结构处于高温变温的环境，易引起喷射混凝土开裂、钢筋锈蚀等问题，严重威胁高地温隧道初期支护安全。
当前，高温变温环境对喷射混凝土损伤破坏的影响尚未引起足够重视，缺少喷射混凝土温度损伤抑制措施相关研究。鉴于此，本书在国家自然科学基金面上项目、国家重点研发计划等资助下，依托国家重大工程建设项目，就高地温隧道温度变化规律、耐碱玻璃纤维（玻纤）掺量与混杂模式对喷射混凝土的增强作用、高温变温环境下混杂耐碱玻璃纤维喷射混凝土（以下简称HARGFRS）和喷射混凝土-岩石界面的增强作用、HARGFRS工程应用等科学问题开展了一系列研究。
本书基于高地温隧道施工期温度变化现场监测，提出了喷射混凝土高温变温养护方法；在玻璃纤维耐碱性试验基础上，通过单轴抗压与劈裂抗拉试验，研究耐碱玻璃纤维掺量与混杂模式对喷射混凝土力学性能的影响，确定喷射混凝土中耐碱玻璃纤维的最优掺量和混杂模式；建立了HARGFRS阻裂模型，揭示了混杂耐碱玻璃纤维的阻裂作用机理；通过高温变温养护后HARGFRS单轴抗压和劈裂抗拉试验、声发射监测、NMR、XRD、TGA与SEM等测试，研究了温度对HARGFRS变形破坏演化特征的影响；建立了混杂耐碱玻璃纤维温度损伤抑制模型，揭示了混杂耐碱玻璃纤维对喷射混凝土温度损伤的抑制机理，提出了考虑温度损伤的HARGFRS强度计算公式；制备了HARGFRS-花岗岩组合试样，通过界面剪切试验结合图像分析、面扫描和声发射，研究了高温、粗糙度、法向应力对界面剪切宏细观破坏特征的影响；建立了混杂耐碱玻璃纤维对组合试样界面剪切强度增强机理模型，揭示了混杂耐碱玻璃纤维对组合试样界面温度损伤的抑制机理，建立了考虑温度的HARGFRS-花岗岩界面剪切力学模型。
依托国家重大工程建设项目，采用现场试验，研究了不同初始高温条件对初期支护力学与变形的影响，对不同围岩高温下HARGFRS支护结构安全性进行评价，提出了高地温隧道喷射混凝土增强的温度限值；提出了基于TBM的高地温隧道HARGFRS支护方案与施工工艺。该研究成果在多条铁路、公路隧道等工程中成功应用，产生了良好的经济效益和社会效益。相关研究思路、研究方法与研究成果可为高地温隧道初期支护设计与施工提供参考和技术支撑，对类似工程建设具有重要的指导意义。
本书的撰写，得到了山东建筑大学王清标教授、山东科技大学公彬教授、成都理工大学胡云鹏副教授、泰山玻璃纤维有限公司孟宪明厂长、中国水利水电第十四工程局有限公司相关技术人员等的大力支持和帮助，在此表示衷心感谢！同时，感谢马一鸣、高云嵩、赵健超、张鑫茹、李悦、王云潇、邢雯雯等研究生为本书写作所做的工作。
本书在撰写过程中，参考了相关文献资料，在此向文献资料的作者表示诚挚的感谢。
由于作者水平有限，书中不妥之处，敬请读者批评指正。

作者
2026年5月

第1章绪论001
1.1混杂纤维喷射混凝土研究现状002
1.2纤维喷射混凝土的工程应用010
1.3问题的提出015

第2章典型高地温隧道喷射混凝土变形破坏特征017
2.1高地温隧道温度控制标准018
2.2高地温隧道温度变化规律与喷射混凝土变形破坏特征019
2.3高地温隧道喷射混凝土高温变温养护方法025

第3章混杂耐碱玻璃纤维喷射混凝土力学与微观特性试验研究027
3.1试验方案028
3.2耐碱玻璃纤维耐碱性特征037
3.3耐碱玻璃纤维掺量与混杂模式影响的喷射混凝土力学特征041
3.4耐碱玻璃纤维掺量与混杂模式影响的喷射混凝土微观结构特征044
3.5耐碱玻璃纤维变形破坏特征与阻裂作用机理046

第4章混杂耐碱玻璃纤维抑制喷射混凝土温度损伤试验研究053
4.1试验方案054
4.2高温变温下HARGFRS力学特性058
4.3高温变温下HARGFRS声发射特征061
4.4高温变温下HARGFRS微观特性071
4.5高温变温下喷射混凝土掺入HARGF损伤抑制机理与强度计算080

第5章混杂耐碱玻璃纤维抑制喷射混凝土-岩石界面温度损伤试验研究084
5.1试验方案085
5.2HARGFRS-岩石界面剪切力学特征091
5.3HARGFRS-岩石界面剪切宏细观破坏特征与温度损伤抑制机理095
5.4HARGFRS-岩石界面剪切力学模型109

第6章工程应用115
6.1HARGFRS在TBM隧道中的应用116
6.2HARGFRS在矿山法隧道中的应用125

第7章结论与展望133
7.1主要结论134
7.2展望135

参考文献137