本论文针对目前隧道二衬混凝土强度低、韧性差,特别是隧道工程的渗漏水是影响隧道安全运营最严重的病害。渗漏水增加洞内的湿度,加剧了隧道结构以及洞内附属设施的腐蚀等,尤其在严寒地区,还会造成隧道进洞口300米出现反复冻融循环破坏,进一步降低了隧道全寿命周期的可靠性和安全性。基于以上问题,本论文通过将矿渣粉、硅灰、聚丙烯纤维和钢纤维四种材料结合起来掺加到二衬混凝土中,达到增强增韧和提高二衬混凝土防渗抗冻性能的目的。为了验证其有效性与合理性,论文系统研究了矿物掺合料和混杂纤维对二衬混凝土工作性能、基本力学性能、抗渗性能以及抗冻性能的影响规律,并从微观结构层面对上述试验结果进行理论分析,得出以下主要结论:(1)二衬混凝土正交试验中,矿渣粉掺量是影响抗压强度和电通量的主要因素,钢纤维掺量是影响流动性、劈裂抗拉强度以及抗折强度的主要因素。二衬纤维混凝土各龄期的力学性能均有所提高,其中28d劈裂抗拉强度相比普通混凝土提高了63.9%~95.4%,抗拉增韧性能显著增强。另外,三种类型钢纤维中,端钩型钢纤维混凝土的力学性能综合最佳,尤其在劈裂抗拉和抗折性能的增强效果上,相比平直型钢纤维均提高了10%以上,而波纹型钢纤维居中。(2)二衬混凝土抗水渗透试验中,在电通量试验的优选配合比基础上,混凝土的抗渗性能普遍提高一个数量级,同时,掺入钢纤维可进一步改善混凝土的抗渗性能。预加载抗渗试验再次验证了钢纤维的有利作用,特别是受荷带缝状态下的二衬混凝土,可有效抑制混凝土加载后抗渗性能的劣化。而大掺量硅灰增加了混凝土的脆性,对混凝土预加载抗渗性能有明显的不利作用。(3)二衬混凝土抗冻试验中,聚丙烯纤维能够显著改善混凝土的抗冻性能,但随钢纤维掺量的增大,其抗冻性能的提高效果不佳。此外,双掺矿渣粉和硅灰能够有效发挥两者的复合填充效应和火山灰活性,体现出比单掺时抗冻性能更好的特性。(4)利用扫描电子显微镜(SEM)观察分析了不同试验条件下纤维界面的粘结特征以及水化产物的微观形貌。研究结果表明最佳试验条件下混凝土微观结构的孔隙率较少、密实度较高,混杂纤维均能分散均匀,与水泥基粘结紧密。