地铁列车振动荷载作用下管片累积损伤机理与修复技术研究

Due to non-uniform stress acting, metro segments may produce the stress cracks/ fissures and damage during assembling shield. Otherwise, metro segments are induced strain under earth stress when metro segments are installed, and the opening value of segment joints will be increased when the segment strain is bigger. Those initial damage will be expanded under train vibration loading and ground water coupled action, and the phenomena is called accumulation damage of segments. If the accumulation damage can not be recovered at once, the service life and seepage prevention behavior of segments will be decreased. The final results will bring about safety trouble for metro service business. Therefore, the project will be undertaken four aspects research work, ①The study of accumulation damage mechanism and cracks developing features of metro segments under train vibration load; ② The growth rhythm and strength features of microbial induced carbonate precipitation (MICP) under different soils and temperatures; ③ The seepage prevention and long-term effective behaviors of recovered segments for microbial induced carbonate precipitation recovery technology; ④ The assessment theory of microbial induced carbonate precipitation recovery technology for damage metro segments.

地铁管片结构在拼装时因受力不均易产生应力裂缝或损伤，管片拼装后受到不均匀地应力等作用发生变形，若变形过大导致拼缝局部开张扩大而渗漏等。这些种缺陷结构长期受到列车振动荷载和地下水的叠合作用，管片初始损伤不断发展——累积损伤，如不能得到及时修复，管片的耐久防渗性能与使用寿命将下降，给地铁的安全运营带来严重威胁。为此，本课题将开展这几方面的研究工作：①地铁列车振动荷载作用下管片累积损伤机理与裂缝发展规律研究；②不同土性不同温度条件下微生物诱导钙沉积（MICP）生长速度与强度规律；③微生物诱导钙沉积固化修复后管片裂缝防渗性能与长效性研究；④管片裂缝微生物诱导钙沉积固化修复技术评价理论研究。

我国正处在基础设施建设与运维并重阶段，工程结构的混凝土构件出现裂缝后直接影响到混凝土构件的使用寿命，如何修复这是地下工程建设与运营过程中所面临的难题。同时，大型土石方施工阶段扬尘污染环境已成为当今空气污染重要污染源点。如何解决这两种不同问题，是我们科技工作者的重任。本项目研究采用微生物诱导碳酸钙沉积（MICP）技术，一用来修复混凝土的裂缝，解决混凝土构件裂缝修复难题，确保工程结构的寿命与运营安全；二用来土壤修复，防止污染，保护我们的生存环境。取得的主要成果：（1）研究揭示了地铁列车振动荷载作用下管片累积损伤机理与裂缝发展规律，（2）通过试验与理论分析，研究了不同土性不同温度条件下微生物诱导钙沉积（MICP）生长速度与强度规律，（3）根据混凝土裂缝大小的不同，研究了MICP固化修复后混凝土裂缝的工艺工法、修复效果和防渗情况；（4)建立了混凝土裂缝微生物诱导钙沉积固化修复技术评价理论与方法。