城市轨道交通地下结构性能演化与感控基础理论2011CB013800-G
城市轨道交通地下结构性能演化与感控基础理论
一、关键科学问题及研究内容关键科学问题的提出随着我国大量的城市轨道交通建成并投入使用，其结构健康服役的重要性日渐突出。
城市轨道交通地下结构设计寿命为100年，在此期间由于结构性能劣化、服役环境变化、低频循环振动等内外因素共同作用下，城市轨道交通地下结构受力状态会发生变化，性能逐步退化，加之我国轨道交通建设速度迅猛，结构施工质量难免存在一定程度的缺陷，且结构损坏后不易或不可更换，给轨道交通地下结构健康服役状态的判断和预知控制带来了极大困难，亟需开展系统的基础研究。
城市轨道交通地下结构处于固—液—气耦合作用的赋存环境下，加上轨道交通低频周期动载作用下的疲劳效应、复杂渗流边界与循环振动荷载的累加效应、临近施工和运营扰动、结构自身的初始损伤和缺陷等多种内外因素共同作用下结构性能不断劣化，受力体系易出现薄弱环节，其演化过程高度非线性、性能演化机理难清，因而第一个科学问题是动态时空环境效应下的地下结构性能演化机理，研究内容为城市轨道交通地下结构材料施工期和服役期性能演化机理、初始损伤和缺陷状态下结构性能演变规律、结构的病害形成机理。
城市轨道交通地下结构为超长线状地下结构，在服役过程中受各种因素的影响逐渐出现病害，其结构性能随之不断劣化，健康状态极其难知。
为满足结构长期健康服役的需求，在揭示其受力与变形演化历史及现状的基础上，需要采用经济、高效的监测方法，全覆盖智能感知超长地下结构性能，研究结构在单一、多种病害组合状态下的响应机理，确定结构性能对各种环境因素的敏感性与发展趋势，达到定量化预知结构未来力学行为及其服役性能的目的，因而第二个科学问题是超长线状地下结构的状态智慧感知与评估理论，研究内容为结构状态智慧感知、结构服役性能评估指标体系与标准、健康诊断理论、缺陷状态下服役性能的预知、局部损伤结构服役可靠度的退化机理与干预机制。
在以上两个关键科学问题研究的基础上，根据城市轨道交通地下结构服役特点，针对地下水赋存环境下的结构性能所处的不同状态开展结构智能自修复与自适应加固理论研究，建立健康服役机制和保障体系，变被动获取结构健康状态为主动控制服役性能，以解决地下结构损坏后极其难修的问题，因而第三个科学问题是地下水环境下的结构自修复机制与自适应控制理论，研究内容为适合于城市轨道交通环境特点的地下结构智能自修复基础理论、设计方法与服役性能多尺度分析方法及基于性能退化的自适应加固理论，结构健康服役智能服务机制和数字化保障体系。
城轨交通轨道主要技术概论
城轨交通轨道系统设计主要技术标准（《地铁设计规范》GB50157-2003学习与实践）二零一零年轨道系统设计主要技术标准目录1.一般设计原则2.钢轨及轨道几何行位3.扣件、轨枕及道床4.道岔及道床5.减振轨道结构6.轨道附属设备及安全设备7.线路标志及有关信号标志我国第一部地铁设计规范《地下铁道设计规范》GB50157－92于1992年发布，1993年实施。
它基于可靠的技术依据和成熟的经验为基础，它总结了我国二十余年来地下铁道工程建设和运营经验，以及历年来的科研成果，同时，借鉴了国外地下铁道有关的成功经验和先进技术，在城市轨道交通工程建设初期起着指导作用。
随着我国地铁建设的迅猛发展，在工程建设和运营管理方面又引入了诸多国内外新技术，积累了各种新经验，为了适应发展的需要对92年版进行了全面修订，并将规范名称简化为《地铁设计规范》GB50157－2003于2003年（以下简称《地规》03年版）发布，2003年实施。
修订后的规范除对原文进行扩充与深化，又新增加了运营组织、高架结构、环境与监控、环境保护、自动售检票等内容，成为一部地铁建设的跨专业、综合性规范。
《地规》03年版实施以来，笔者在学习过程中，结合工程实践对其中部分条文（线路、轨道等）进行探讨，供研究设计人员参考，起到抛砖引玉之作用。
1.一般设计原则轨道是轨道交通运营设备的基础，它直接承受列车荷载，并引导列车运行，因此轨道设计应符合以下主要原则：*轨道结构应具有足够的强度、稳定性、耐久性以及适量的弹性，以确保列车运行平稳、快捷、安全、舒适，并尽量减少养护维修工作量和延长使用寿命。
同时应均衡提高轨道整体结构的承载能力、弹性连续、结构等强、合理匹配。
*轨道结构应根据环境保护对沿线不同地段的减振降噪要求，采用相应级别的减振轨道结构。
*轨道结构在满足以上功能的前提下，要求结构简单，具有通用性和互换性，降低造价。
*钢轨是运行列车牵引用电回流电路，轨道结构应满足绝缘要求，以减少泄漏电流对结构、设备的腐蚀。
地下轨道交通无线信息通信与关键技术-精选文档
地下轨道交通无线信息通信与关键技术0 引言城市地下轨道交通具有运量大、速度快、安全、准点、保护环境、节约能源和用地等特点，轨道交通很早就作为公共交通在城市中出现，起着越来越重要的作用。
中国进入地铁高速发展时代已是不争的事实。
目前，国务院已经正式批准建设地铁的城市是25个，从北京、上海到广州，从沈阳、青岛到成都，全国各大城市都处在地铁建设的热潮之中，地铁建设热潮已蔓延至内地众多城市。
在城市轨道交通信息化体系的建设进程中，列车作为一个庞大的信息源成为铁路运营的中心载体。
信号系统是保证地铁高密度、高速度、高安全运行的重要设备，目前尚未国产化，主要依靠进口。
基于通信的移动闭塞系统（CBTC），是当今世界信号系统的新技术和新装备，近年来被国内地铁建设工程普遍采用。
CBTC在提高铁路运输能力和提高列车安全性能方面发挥着重要作用，同时，在100 km 距离以内的城市地下铁路，速度一般在100 km/h 左右，站间距小，追求的是高频率和服务质量，所以未来地铁无线接入需要解决的关键问题是以乘客数据业务为主体的宽带无线数据通信问题。
由于CBTC原设计只考虑了地铁内部的抗干扰问题，但未考虑来自地铁外部的干扰。
国内地铁突发情况出现后专家多次质疑2.4 GHz开放频段在地铁使用的安全性。
另一方面，无线上网（WiFi）已成时尚，通信运营商强烈要求尽快在地铁实现这一功能，广州地铁和北京地铁等均已进行相关业务引入的准备和测试工作。
然而，无线上网亦采用2.4 GHz开放频段，一旦进来可能对已有的PIS特别是CBTC带来干扰，从而严重影响地铁运营的安全性。
1 地铁宽带无线接入系统的需求随着地下轨道交通的迅猛发展，车地之间的通信数据量也将快速扩大，地下轨道交通宽带无线接入的主要业务也将是以乘客为主体的宽带数据业务。
地下轨道交通宽带接入要求主要可以概括为以下三个方面，一是可以支持现有无线通信系统，二是支持对于未来通信体制的平滑升级，三是要求能够为铁路运输的非安全数据业务提供支撑。
轨道检测
P1
轨道结构检测
3.2.1 车轮作用到钢轨上的垂直力P1、P2的测试 冲击荷载P1：当车轮滚过踏面扁疤、轨面擦伤、接头、
岔心等部位时，会出现轮轨冲击现象。这种冲击荷载的持续 时间很短，一般在0.75ms以内。这种短时间的超载或减载(高 频荷载)，一般不会危及行车安全(爬轨或倾覆)。由于其频率 很高，在自上而下的传递过程中衰减很快，因而对轨枕以下 各部件的应力、应变不会有太大的影响。冲击荷载是引起轨 头破损、螺栓孔裂纹和接头轨枕裂纹的主要原因。它还可能 导致很大的道床振动加速度，致使道渣破碎、道床沉陷和边
第三章 轨道结构检测
轮轨垂直力测试方法的讨论 ：
（3）剪应力法是把片子贴在轨腰上，贴片、检查、修复都比 较方便，因此在各国得到广泛应用。 （4）根据贴片部位的应力分析及电桥的加减特性，可以证明， 我国采用的剪力法的贴片及组桥方法，可以消除钢轨的水平 弯曲及扭转所造成的应变的影响。桥路的输出，将与水平力 及垂直荷载的偏心距无关，仅取决于垂直力P2的大小。 （5）剪力法的桥路输出只和作用在两贴片断面之间的垂直荷 载有关，贴片断面以外的荷载对桥路输出不产生影响。邻轮 的作用，轨枕的支承情况，轨下基础的软硬都不会影响测试 的结果。
F m V m 2 gH
t
t
P1
第三章 轨道结构检测
垂直力P2的测试
方法：剪力法、轨腰压缩法
(a) )
R1
(b)
)
R1
Sr-R2
Sr
P2
R2
SL
R3
Sr
P2
Sr R2
-SL
-SL
R3
SL-R3
剪力法测P2原理图
第三章 轨道结构检测
(完整word版)城市轨道交通概论
(完整word版)城市轨道交通概论一、绪论1、世界和我国第一条地铁线路诞生于何时何地世界：1863.1.10、英国伦敦、由帕丁顿到法灵顿，全长6KM中国：1969.1、中国北京2、城市轨道交通的类型按技术类型分类：市郊铁路、地铁、轻轨、有轨电车、单轨系统、自动导向系统、磁浮交通、其他3、地铁和轻轨的定义（区别）地铁：国际隧道协会将地铁定义为轴重较重、单方向输送能力在3万人次以上的城市轨道交通系统，它可以修建在地下或采用高架的方式。
地铁多用于超大城市或特大城市市区内部高密度地区间的交通出行，运营速度一般为35～40km/h，而最大车速一般可达80km/h，最小发车时间间隔为2min。
就容量指标而言，地铁系统均可达到单向高峰小时断面流量3万人次以上，属于大容量、高容量的快速轨道交通系统。
轻轨：是指轴重相对较轻，单方向输送能力在1.5～3.0万人次/h的一种中等运量的城市轨道交通系统。
在我国，根据我国《城市快速轨道交通工程项目建设标准》，用轻轨来命名中运量的城市轨道交通系统（包括地面和高架线路）。
轻轨系统一般采用C型车。
而欧洲所说的“轻轨”，一般是特指现代有轨电车交通。
4、单轨系统的类型单轨交通（MonorailTransit），又称独轨交通，是指以单一轨梁支撑车厢并提供导引作用而运行的轨道交通。
平日区分为跨座式和悬挂式两种，跨座式是车辆跨坐在轨道梁上行驶，悬挂式是车辆悬挂在轨道梁下方行驶。
5、单轨系统的特点独轨铁路一般使用道路上部空间，故乡地占用较少。
大多数独轨系统采用橡胶轮胎，可以适应急转弯及大坡度，对复杂地形有较好的适应性，从而减少拆迁量。
同时，独轨系统建设工期较短，投资也小于地铁系统。
6、磁浮交通的技术类型超导：以日本技术（MLX型）为代表；常导：以技术（TR型）为代表2、线网打算1、城市轨道交通的功能（基础性功能和先导性功能）基础性功能是指轨道交通应当为城市经济发展服务缓解城市交通压力、减少出行时间、解决交通拥堵。
城市轨道交通-CBTC组成、分类和原理
CBTC简介
（5）可以实现节能控制、优化列车运行统计处理、缩短 运行时分等多目标控制。
（6）移动闭塞系统，尤其是采用高速数据传输方式的系 统，将带来信息利用的增值和功能的扩展，有利于现代化水 平的提高。
（7）由于移动闭塞系统具有很高的实时性和响应性要求， 因此，其对系统的完整性要求高于其他制式的闭塞方式，系 统的可靠性也具有更高要求。
城市轨道交通 通信与信号
工作任务
任务名称 认识基于通信的列车控制系统 工 单 号
姓名
专业
日期
班级
任务描述： 参观学习，搜集资料，学习基于通信的列车控制系统。
任务要求： 1．认识轨道交通信号系统CBTC系统的构成。 2．了解CBTC信号系统的功能与作用。 3．掌握CBTC系统的特点与分类。 4．掌握CBTC系统在轨道交通信号系统中的主要作用。
图5-31 CBTC移动闭塞列车控制原理
THANKS
图5-30 基于无线扩频通信的移动闭塞ATC系统框图
拓展视野
欧洲电工委员会将安全的信息传输系统分为封闭式和开 放式两大类。封闭式安全的信息传输系统一般又分为两类： 第一类为用电缆、光缆或数据总线组成的信息传输通道；第 二类为轨道电路、轨道电缆或应答器作为信息传输通道。
二、 CBTC系统原理
如图5-31所示，ATP地面设备周期性地接收本控制范围内所有列车传 来的列车识别号、位置、方向和速度信息。相应地，ATP地面设备根据接收 到的列车信息，确定各列车的移动授权，并向本控制范围内的每列列车周期 性地传送移动授权信息。移动授权由前行列车的位置来确定，移动授权将随 着前行列车的移动而逐渐前移。ATP车载设备根据接收到的移动授权信息以 及列车速度、线路参数、司机反应时间等，计算出列车的紧急制动触发曲线 和紧急制动曲线，以确保列车不超越现有的移动授权。因此，在移动闭塞系 统中，ATP防护点不是在轨道区段的分界点，而是在前行列车车尾后方加上 安全距离的位置，它随着列车的移动而移动。后续列车可最大限度地接近前 行列车尾部，与之保持一个安全距离。在保证安全的前提下，CBTC系统能 最大限度地提高区间通过能力。
城市轨道交通地下结构性能演化
“城市轨道交通地下结构性能演化”研讨会在宁召开2014-07-03 20:56:26 来源：明德阅读: 330 次2014年6月27日-6月29日，国家973计划“城市轨道交通地下结构性能演化与感控基础理论”项目研讨会在南京隆重召开。
2014年6月27日-6月29日，国家973计划“城市轨道交通地下结构性能演化与感控基础理论”项目研讨会在南京隆重召开。
本次研讨会由南京工业大学承办，我校副校长刘伟庆教授、副校长乔旭教授、项目首席科学家同济大学朱合华教授、华中科技大学朱宏平教授、中南大学彭立敏教授、同济大学黄宏伟教授、华南理工大学吴波教授以及来自全国各地的110余位教师、研究生出席会议。
开幕式由副校长刘伟庆教授主持。
副校长乔旭教授代表学校致欢迎辞，乔旭副校长向与会专家和师生简要介绍了我校近年来的发展概况和取得的主要成绩，对同济大学等兄弟院校长期对我校土木工程学科的大力支持表示感谢。
项目首席科学家、长江学者、同济大学朱合华教授介绍了项目开展两年多以来的主要成果以及项目中期评估情况，并对项目下一阶段的总体安排做了详细部署，并代表973项目组对我校为本次研讨会的精心组织表示感谢。
该973项目以城市轨道交通地下结构健康服役为目标，紧密围绕城市轨道交通地下结构性能的演化、评估预知和控制三个基础科学问题，从多学科交叉的视角开展系统研究，揭示城市轨道交通地下结构性能演化机制，建立城市轨道交通地下结构性能评估预知与控制的系统科学理论。
该973项目承担单位为同济大学，并根据研究需要设置六个课题，分别由南京工业大学、中南大学、同济大学、华中科技大学、华南理工大学、同济大学和上海申通地铁集团承担。
项目执行时间为：2011.11-2016.10。
副校长刘伟庆教授为课题一“动态服役环境中的地下结构材料全寿命期性能演化机理”的负责人，学术骨干包括土木学院王曙光教授、韩建德博士、徐锋博士，材料学院潘志华教授。
该课题旨在从城市轨道交通地下结构材料性能的“形成及演化”的角度，系统分析地下结构材料在“建造—使用—维护”全寿命期的性能特征及其演化规律。
科技部公布973计划立项项目清单 共批准94个项目
中国人民解放军国防科学技术大学
中国人民解放军国防科学技术大学
2011CB013300
人体运动功能重建的生机电一体化科学基础
朱向阳
上海交通大学
上海市科学技术委员会教育部
2011CB013400
机械装备再制造的基础科学问题
张洪潮
大连理工大学
教育部
2011CB013500
大型水利水电工程高陡边坡全生命周期性能演化与安全控制
教育部浙江省科学技术厅
2012CB719900
高分辨率遥感数据精处理和空间信息智能转化的理论与方法
单杰
武汉大学
教育部
2012CB720000
行星表面精确着陆导航与制导控制问题研究
崔平远
北京理工大学
工业和信息化部
2012CB720100
大型客机座舱内空气环境控制的关键科学问题研究
陈清焰
天津大学
教育部天津市科学技术委员会
祝之明
中国人民解放军第三军医大学
中国人民解放军总后勤部卫生部重庆市科学技术委员会
2012CB517900
儿童孤独症的遗传基础及其致病的机制研究
夏昆
中南大学
湖南省科学技术厅教育部
2012CB518000
重大心血管疾病相关GPCR新药物靶点的基础研究
肖瑞平
北京大学
教育部
2012CB518100
严重创伤重要组织器官修复再生的细胞与分子机制研究
付小兵
中国人民解放军总医院
中国人民解放军总后勤部卫生部
2012CB518200
高原低氧环境的快速习服与长期适应机制研究
范明
中国人民解放军军事医学科学院基础医学研究所
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项目名称：城市轨道交通地下结构性能演化与感控基础理论首席科学家：朱合华同济大学起止年限：2011.11-2016.8依托部门：教育部上海市科委一、关键科学问题及研究内容2.1 关键科学问题的提出随着我国大量的城市轨道交通建成并投入使用，其结构健康服役的重要性日渐突出。
城市轨道交通地下结构设计寿命为100年，在此期间由于结构性能劣化、服役环境变化、低频循环振动等内外因素共同作用下，城市轨道交通地下结构受力状态会发生变化，性能逐步退化，加之我国轨道交通建设速度迅猛，结构施工质量难免存在一定程度的缺陷，且结构损坏后不易或不可更换，给轨道交通地下结构健康服役状态的判断和预知控制带来了极大困难，亟需开展系统的基础研究。
城市轨道交通地下结构处于固—液—气耦合作用的赋存环境下，加上轨道交通低频周期动载作用下的疲劳效应、复杂渗流边界与循环振动荷载的累加效应、临近施工和运营扰动、结构自身的初始损伤和缺陷等多种内外因素共同作用下结构性能不断劣化，受力体系易出现薄弱环节，其演化过程高度非线性、性能演化机理难清，因而第一个科学问题是动态时空环境效应下的地下结构性能演化机理，研究内容为城市轨道交通地下结构材料施工期和服役期性能演化机理、初始损伤和缺陷状态下结构性能演变规律、结构的病害形成机理。
城市轨道交通地下结构为超长线状地下结构，在服役过程中受各种因素的影响逐渐出现病害，其结构性能随之不断劣化，健康状态极其难知。
为满足结构长期健康服役的需求，在揭示其受力与变形演化历史及现状的基础上，需要采用经济、高效的监测方法，全覆盖智能感知超长地下结构性能，研究结构在单一、多种病害组合状态下的响应机理，确定结构性能对各种环境因素的敏感性与发展趋势，达到定量化预知结构未来力学行为及其服役性能的目的，因而第二个科学问题是超长线状地下结构的状态智慧感知与评估理论，研究内容为结构状态智慧感知、结构服役性能评估指标体系与标准、健康诊断理论、缺陷状态下服役性能的预知、局部损伤结构服役可靠度的退化机理与干预机制。
在以上两个关键科学问题研究的基础上，根据城市轨道交通地下结构服役特点，针对地下水赋存环境下的结构性能所处的不同状态开展结构智能自修复与自适应加固理论研究，建立健康服役机制和保障体系，变被动获取结构健康状态为主动控制服役性能，以解决地下结构损坏后极其难修的问题，因而第三个科学问题是地下水环境下的结构自修复机制与自适应控制理论，研究内容为适合于城市轨道交通环境特点的地下结构智能自修复基础理论、设计方法与服役性能多尺度分析方法及基于性能退化的自适应加固理论，结构健康服役智能服务机制和数字化保障体系。
2.2 关键科学问题的内涵本项目以城市轨道交通地下结构健康服役为目标，紧密围绕城市轨道交通地下结构性能的演化、评估预知和控制三个基础科学问题，从多学科交叉的视角开展系统研究，揭示城市轨道交通地下结构性能演化机制，建立城市轨道交通地下结构性能评估预知与控制的系统科学理论。
本项目拟解决的三个科学问题的内涵具体如下：科学问题一：动态时空环境效应下的地下结构性能演化机理城市轨道交通地下结构广泛采用混凝土结构，其结构形式多样，包括管片与螺栓连接的拼装式结构、预浇的沉管结构、现浇的衬砌结构等，在服役过程中长期处于复杂的物理—化学—力学条件下，各种内外环境均会对城市轨道交通地下结构的材料性能和全寿命产生重要的影响，例如，在轨道交通低频周期动载作用下的疲劳效应、复杂渗流边界与循环振动荷载的累加效应、杂散电流的弥流、环境介质中侵蚀性物质在结构中的迁移、结构临空面干湿交替边界的扩散、邻近施工扰动（开挖、打桩、降水、堆载等）、既有轨道交通等建（构）筑物的运营扰动。
因此城市轨道交通地下结构的动态时空环境效应、结构性能与环境耦合作用机制、以及复杂环境下的城市轨道交通地下结构材料全寿命期性能演化机理是本项目的重要科学问题。
通过该科学问题的系统研究，提出上述复杂环境下结构状态变化的本源多尺度模型，揭示有缺陷结构受力状态变化规律及其长期性能演化机理，创建城市轨道交通地下结构材料服役性能演化分析理论框架，寻求轨道交通地下结构的最佳修复时机和最佳感知位臵，并为轨道交通地下结构性能的评估预知与控制提供必要的材料参数、力学模型和计算理论。
科学问题二：超长线状地下结构状态智慧感知与评估理论智慧感知评估包括感知（典型/关键部位的信息获取与无线传输）、储存（海量数据的存储与处理）和思维（预知模型与评价标准）。
在信道杂乱、电磁兼容性要求高等复杂环境下进行超长线状地下结构（区间隧道、地铁车站等）的状态感知和评估，需要针对城市轨道交通地下结构特定的服役环境，建立地下结构混凝土损伤的智慧感知理论、地下复杂区域无线传感网络（WSN）的集成方法、有缺陷结构服役性能的预知模型、基于海量数据分析的结构病害特征指标体系和定量化评价基准，提出城市轨道交通地下结构的最佳智慧感知方案和预知方法，以突破地下结构复杂环境下的智慧感知瓶颈，并为城市轨道交通地下结构性能的评估、预知和控制提供必要的理论基础和科学依据。
科学问题三：地下水环境下的结构自修复机制与自适应控制理论城市轨道交通地下结构在地下水特定环境的影响和作用下，会加速结构整体状态的连续劣化，然而其环境特点决定了结构一旦损坏，则不易甚至不可更换。
为克服传统修复加固方法的缺点，拟对地下水复杂环境下地下结构损伤的智能自修复机制与多尺度分析理论进行研究，探索并建立相应的结构损伤智能自修复基础理论、生物/矿物自修复方法和基于性能退化的地下结构自适应加固理论，提出城市轨道交通地下结构的最佳修复和加固方法，为实现轨道交通地下结构的主动、自动修复和加固提供理论基础和方法体系。
在保障体系方面，研究城市轨道交通地下结构全寿命数字化理论与方法、健康服役智能服务新机制，实现结构性能的演化、智慧感知、评估预知、智能自修复、自适应加固的有机融合，变被动获取结构健康状态为主动控制结构服役性能，形成完整的城市轨道交通地下结构性能自适应控制理论。
2.3 主要研究内容1.动态服役环境中的地下结构材料全寿命期性能演化机理（1）地下结构材料建设期性能形成机理（2）动态服役环境中地下结构材料服役性能的演变机理（3）固—液—气耦合下全寿命期地下结构材料性能演变机理（4）侵蚀性环境下具有初始损伤地下结构材料的性能演变规律2.地下结构性能与环境耦合作用机制（1）内外环境变化与地下结构耦合的作用机制（2）交通循环荷载对地下结构性能的致损机理（3）损伤与施工缺陷对地下结构性能演化的影响机理3. 超长线状地下结构状态智慧感知理论与方法（1）地下结构混凝土损伤智能传感理论（2）超长线状地下结构状态感知方法（3）地下复杂区域无线传感网络（WSN）的集成与应用理论4.动态时空环境效应下的地下结构健康诊断与服役性能预知理论（1）地下结构健康诊断的指标体系和诊断基准（2）地下结构健康的系统诊断理论（3）地下结构服役性能的演变机理（4）有缺陷结构服役性能演化预知模型和方法（5）主动加固地下结构的长期服役性能预测方法5. 地下水环境下的结构智能自修复与加固理论（1）地下水环境下地下结构损伤的智能自修复机制（2）智能自修复地下结构服役性能的多尺度分析方法（3）地下水环境下地下结构损伤的生物/矿物自修复方法（4）基于性能退化的地下结构自适应加固理论6.地下结构健康服役的数字化保障与控制体系（1）地下结构全寿命期数字化理论与方法（2）地下结构健康服役智能服务机制（3）地下结构健康服役数字化保障与控制方法（4）地下结构健康服役应用示范二、预期目标3.1 总体目标针对城市轨道交通地下结构性能的演化、评估预知和控制开展基础研究，揭示复杂环境下城市轨道交通地下结构材料性能形成和劣化机理，发展适合地下混凝土结构损伤、开裂及破坏全过程模拟的计算新理论，探明初始损伤、施工缺陷和材料劣化条件下结构长期性能演变规律以及与环境相互耦合作用机制；建立城市轨道交通地下结构服役性能的健康诊断模型和有缺陷结构服役性能的预知模型，提出城市轨道交通地下结构健康的系统诊断理论和方法；形成城市轨道交通地下结构智能自修复基础理论与多尺度分析方法及基于性能退化的结构自适应加固理论，构建城市轨道交通地下结构健康服役的数字化保障和控制体系，并最终建立不同时空环境下城市轨道交通地下结构全寿命最优维护理论，实现地下结构服役状态的可知、可控。
3.2 五年预期目标本项目以我国城市轨道交通健康服役的重大需求为导向，开展关键科学问题的研究，五年取得的预期目标如下：（1）深入研究复杂环境下地下结构材料性能形成和演化的规律，建立城市轨道交通地下结构材料性能演化分析理论。
（2）提出复杂环境下城市轨道交通地下结构性能演化的时效分析模型及计算理论，揭示结构性能全寿命期发展和演化规律。
（3）提出适合于城市轨道交通地下结构全寿命期结构状态的高效、全域、经济的智慧感知方法，建立结构健康服役过程的实时、主动监控系统模型。
（4）完善城市轨道交通地下结构病害指标体系，建立城市轨道交通地下结构服役性能的健康诊断模型和有缺陷地下结构服役性能的预知模型，提出城市轨道交通地下结构健康的系统诊断理论和方法。
（5）建立轨道交通地下结构智能自修复的基础理论、设计方法与服役性能多尺度分析方法及基于性能退化的地下结构自适应加固理论，提出复杂环境下的轨道交通地下结构主动、自动修复理论和方法。
（6）形成我国城市轨道交通地下结构健康服役数字化保障机制，建立完整的城市轨道交通地下结构性能控制理论和保障体系。
在国内外高水平学术期刊上发表论文200篇以上（其中150篇SCI论文），专著3本，申请国家发明专利20项，培养博士生50人、硕士生80人，凝聚和培育国内一批城市轨道交通健康服役的高水平研究队伍，培养本领域的优秀科学家及创新团队，形成具有重要国际影响的研究团队，整体提升我国在该领域的国际地位。
三、研究方案4.1 学术思路以三个关键科学问题为核心，推进岩土结构与材料、物理、化学、生物、信息等多个学科及其交叉前沿理论研究，采用室内实验、现场实验和监测、物理模拟、理论分析、数值模拟等多种方法，开展系统的理论和方法研究，深刻认识城市轨道交通地下结构性能全寿命期演化规律，研究城市轨道交通地下结构病害特征和产生机理。
在此基础上建立有缺陷结构服役性能的预知模型，提出城市轨道交通地下结构健康的诊断理论和综合性诊断方法。
通过结构状态智慧感知再现复杂环境下地下结构性能演化过程，提出轨道交通地下结构智能自修复基础理论及服役性能多尺度分析方法及基于性能退化的地下结构自适应加固理论，探索地下结构生物/矿物修复方法。
构建城市轨道交通地下结构健康服役的数字化保障体系，形成城市轨道交通地下结构性能控制理论，并进行应用验证。