喷射混凝土因其施工简单,支护及时的特点广泛应用于隧道衬砌结构建设中。然而,当前衬砌用喷射混凝土存在易开裂、强度低、耐久性与耐高温性差的缺陷,引发了广泛的关注。此外,当前对于围岩与衬砌的监测多采用埋设位移传感器、应力计以及电阻应变计等传感材料的方式,其存在的成本昂贵,安装过程消耗大量人力、财力,耐久性差以及易受电磁干扰等问题亟待解决。因此,制备一种强度高且具备优异自感知性能的高性能喷射混凝土成为了发展的方向。近年来,活性粉末混凝土因其高强度、低渗透性和优异耐久性被广泛应用于实际工程,但目前利用活性粉末混凝土的配合比制备喷射材料的相关报道较少。本文研究以活性粉末混凝土配合比为基础,结合喷射混凝土的施工工艺,利用碳纤维（CF,Carbon Fiber）优异的力学与电学特性作为增强材料,制备高性能喷射混凝土（HPS,High-Performance Shotcrete）,实现HPS的高强度与自感知智能化性能,为未来隧道衬砌结构实现本征自感知性自监测提供一种方案。本文主要研究内容及取得成果如下:（1）试验中利用响应面设计方法,建立Box-Behnken Design模型,研究了硅、粉煤灰和碳纤维对于HPS抗压强度、劈裂抗拉强度、静力受压弹性模量、抗弯强度、抗弯弹性模量力学性能以及电学特性电阻率变化率和应变灵敏度系数的影响,并综合上述性能折衷优化出最佳的配合比设计方案。通过多目标优化技术的优化,各掺量优化结果为13.435%硅灰、15%粉煤灰、0.805%碳纤维,指标优化后结果为抗压强度101.220MPa、劈裂抗拉强度12.318MPa、弹性模量为35.060GPa、抗弯强度为6.851MPa、抗弯弹性模量为31.235GPa、电阻率变化率为0.306%、应变灵敏度系数为34.781。通过试验验证了多目标优化结果,实际值与预测值均在误差允许范围之内,证明模型的建立与多目标优化设计是合理的,具有一定的可预测性。（2）在响应面优化出的最佳配合比方案基础上,结合寒区施工养护条件,研究了低温养护条件下的HPS韧性、抗弯强度以及导电压阻性,揭示聚丙烯纤维（PPF,Polypropylene Fiber）与CF混杂作用对HPS性能的影响规律,并最终综合分析出各项性能均达到最优效果的纤维掺量。研究结果表明:在低温养护条件下,HPS抗压强度与抗弯强度较自然养护条件下均发生损失。CF与PPF混杂作用改善了HPS的脆性破坏,提高了韧性,增大了抗弯强度。（3）研究了低温养护条件下的HPS在经历高温前后的外观、质量损失和抗压强度的变化。未掺加PPF的HPS在温度高于400℃后发生爆炸剥落破坏,CF在一定程度上抑制了蒸汽压力导致的基体孔隙和裂纹的萌生和发展,但无法保证试件的完整性;掺加PPF明显改善了HPS在高温后的外观完整性与残余抗压强度,从结构安全的角度改善了经受高温后HPS的强度和外观完整性。综合分析CF与PPF混杂对于HPS力学性能、导电性、压阻性以及耐高温性的影响,建议0.8%CF与0.25%PPF作为最优混合掺量,此时HPS整体性能达到最佳。其中,此时平稳变化区间内的应变灵敏度系数为8～9,约为常见的合金材料应变灵敏度系数的4倍。压阻效应下的应变灵敏度系数反映了HPS的本征自感知性能,可作为智能材料应用于隧道衬砌结构的自监测。