城市轨道交通地下结构性能演化与感控基础理论
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。
城市轨道交通大型地下空间结构抗震性能分析
城市轨道交通大型地下空间结构抗震性能分析丁德云;赵继【摘要】以某城市轨道交通大型地下空间结构工程为背景,研究和分析大型地下空间结构在设防地震和罕遇地震作用下的结构抗震性能.利用MIDAS/GTS大型有限元程序建立三维动力模型,采用时程分析法,获得了结构的变形和内力响应,分析了结构的层间位移差、层间位移角和结构静动力力学特性.基于场地条件下的大型地下空间结构,在设防地震下顶底板处层间位移差最大值为12.00 mm,位移角最大值为1/2083<1/550;在罕遇地震下顶底板处层间位移差最大值为21.82 mm,位移角最大值为1/1145<1/250,总体上满足结构变形要求.研究结果表明:对于大型地下空间结构,在进行结构设计时,除了静力计算工况,应综合考虑抗震工况,开展三维动力时程分析,以便全面掌握其抗震性能;在地震作用下,结构顶板、侧墙和底板等某些部位的内力值较静力计算工况大;大型地下空间主体结构开口处为薄弱环节,应在设计中进行相关加固措施考虑.%With the rapid development of urban rail transit in China,a number of large under-ground structures have been built and have drawn growing concern regarding the adequacy of their earthquake resistance.Approaching large underground structures from the engineering per-spective,in this paper,we investigate the seismic characteristics of large underground structures with respect to their design in response to high-level earthquake activity.First,we established three-dimensional dynamic models using the finite element programMIDAS/ing the time history analysis method,we obtained the deformation and internal forces responses of a large underground structure.We analyzed the relative displacements and drift angles of thefloors of this structure and compared the mechanical properties of the main structural components under earthquake and non-earthquake conditions.Our research results show that,during the design phase,the seismic performance of large underground urban rail transit structures should be ana-lyzed.We recommend that designers undertake three-dimensional dynamic time history analyses to more fully understand future seismic performance.Under earthquake loads,the internal forces at some parts of the top plates,base plates,and side walls are greater than those in static condi-tions.The openings of the main structure of large underground spaces are inherently weak,so ap-propriate reinforcement measures should be considered during the design process.【期刊名称】《地震工程学报》【年(卷),期】2017(039)0z1【总页数】8页(P224-231)【关键词】城市轨道交通;大型地下空间结构;抗震性能;三维时程分析;层间位移角【作者】丁德云;赵继【作者单位】北京九州一轨隔振技术有限公司,北京 100070;北京城建设计发展集团股份有限公司,北京 100037【正文语种】中文【中图分类】TU91城市轨道交通工程作为城市生命线工程的重要组成部分，自2008年汶川地震后，其抗震性能问题越来越受到关注。
城市轨道交通的地下空间设计与利用研究
城市轨道交通的地下空间设计与利用研究随着城市化进程的加速和交通需求的不断增加，城市轨道交通作为一种高效、便捷的城市交通方式，得到了广泛的应用和发展。
然而，城市轨道交通所占用的地下空间也成为了城市规划与设计中的一个重要问题。
本论文旨在研究城市轨道交通的地下空间设计与利用，探索如何充分利用地下空间，提高城市交通系统的效率和功能。
一、地下空间规划与设计的重要性及现状地下空间规划是城市交通系统中一个重要的组成部分。
本节将首先阐述地下空间规划与设计的重要性，包括其对城市发展的影响、交通系统的效率和可持续发展的重要性等。
接着，对目前城市轨道交通地下空间设计的现状进行分析和评述，指出现有设计存在的问题和不足。
二、城市轨道交通地下空间利用的原则和方法城市轨道交通地下空间利用的原则和方法是实施地下空间规划与设计的基础。
本节将详细介绍一些重要的原则和方法，如合理分区、多功能性设计、空间组织和开放性原则等，以便于提高地下空间的利用效率和城市交通系统的功能性。
三、城市轨道交通地下车站的设计与改造城市轨道交通地下车站的设计与改造是城市轨道交通地下空间利用的重要内容。
本节将探讨地下车站的设计原则、功能设置和空间布局等问题。
同时，还将讨论如何对现有地下车站进行改造和提升，以适应不断增长的交通需求和改善乘客出行体验。
四、城市轨道交通地下商业与文化空间的开发与利用城市轨道交通地下商业与文化空间的开发与利用是地下空间多功能性设计的体现。
本节将探讨如何在地下空间中开发和利用商业与文化空间，以满足市民的生活与娱乐需求。
同时，还将介绍一些成功的案例，以提供借鉴和参考。
五、城市轨道交通地下空间利用的挑战与对策城市轨道交通地下空间利用面临着诸多挑战，如建设成本、运维难度、环境保护等。
本节将分析这些挑战，并提出相应的对策，包括技术创新、政策支持和综合规划等方面的建议，以推动城市轨道交通地下空间的可持续利用和发展。
六、结论通过对城市轨道交通地下空间设计与利用的研究，本论文总结并得出结论。
浅析地铁等地下结构的抗震分析和设计中的问题
浅析地铁等地下结构的抗震分析和设计中的问题作者：王涛来源：《科技资讯》 2013年第11期王涛（中煤科工集团武汉设计研究院湖北武汉 430000）摘要:目前我国还没有系统完善的地铁等地下结构抗震分析方法和专业的地铁等地下工程结构抗震设计规范,本文首先总结了我国地铁等地下工程结构抗震分析和设计的现状,围绕地铁设计当中的几个关键问题展开讨论,问题包括:合理的地铁工程结构的动力分析模型;有效的结构和土动力相互作用分析方法;地铁等地下工程结构破坏模式和地铁抗震性能的评估;地铁工程结构的抗震构造措施和地铁穿过地震断层时的设计和施工方法。
这些问题的分析和讨论有助于我国地铁工程结构设计的发展进步。
关键词:地铁抗震设计地下结构中图分类号:P315 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2013)04(b)-0059-01伴随着我国经济的发展,城市建设日新月异,城市交通的压力也越来越大,地铁以其高效、快速和清洁的优点成为各大城市的选择。
到目前为止,我国已进入了地铁建设的黄金期。
与此同时,必须认识到地铁工程也是城市生命线工程,地铁工程的抗震问题是城市防灾减灾和抗震的关键环节。
然而,国内还没有独立的地铁等地下工程结构抗震设计规范,现行《地铁设计规范》在地铁的抗震问题上只是做了简单的规定,没有对地下结构的抗震设计方法进行系统的总结和归纳。
出现这些问题的原因是由于人们对地下结构的地震危害认识不够,对地下结构的抗震设计不够重视,客观地说,地铁等地下结构的地震危害小于地上结构,但是国外的地震灾害(如1995年日本阪神大地震)证明在地下底层发生较大位移或变形时,地铁等地下工程结构同样会发生很严重的灾害,地铁等地下结构的抗震设计问题应该重视。
目前对地铁等地下结构抗震性能的研究主要是通过原型观测、模型试验及数值模拟进行,由于抗震问题的复杂性,没有哪一种方法能够全面且真实的解释和模拟地铁等地下工程结构的动力性能,而需要结合三种方法的结论进行综合比较分析。
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。
城市轨道交通土建工程培训课件第四章地下铁道结构设计
城市轨道交通⼟建⼯程培训课件第四章地下铁道结构设计第4章地下铁道结构设计关键概念整体式衬砌（Integrated Lining）复合式衬砌（Composite Lining）管⽚衬砌（Segment Lining）结构静⼒计算（Calculation of Static Loads）有限元法（Finite Element Method）⽔压⼒（Water Pressure）弹性地基梁法（Elastic Foundation Beam Method）地震系数（Seismic Coefficient）抗震分析（Anti- Seismic Analysis）学习⽬标：1、了解地下铁道结构设计⽅法及现状；2、掌握区间隧道以及特殊地段隧道的衬砌结构与构造；3、掌握区间隧道衬砌结构和车站结构静⼒计算的⽅法；4、了解地下铁道结构的抗震设计⽅法。
4.1地铁结构设计⽅法及现状4.1.1地铁结构⼒学特性地下结构和地⾯结构如房屋、桥梁、⽔坝等在赋存环境、⼒学作⽤机理等⽅⾯都存在着明显的差异。
地下结构则埋设于地层中，四周都受到地层的约束，所以，地层不仅对结构施加荷载，即所谓地层压⼒或称围岩压⼒，同时地层⼜帮助结构承受荷载，减少结构的内⼒。
这种结构与地层共同作⽤机理与地⾯结构完全不同。
理论研究和⼯程实践都证明，这种共同作⽤的效果主要取决于地层条件以及结构与地层的相对刚度，在稳固的地层中，结构的刚度⽐地层的刚度⼩，则地层对结构变形的约束作⽤⼤，⽽产⽣的地层压⼒则⼩。
反之，在松软不稳定地层中，结构的刚度⽐地层的刚度⼤。
地层的约束作⽤⼩，甚⾄可以忽略不计，地层压⼒则很⼤。
在进⾏地下铁道结构的静、动⼒计算时，必须很好地考虑结构与地层共同作⽤，才能得到⽐较符合实际的结果。
然⽽，影响结构与地层共同作⽤的因素很多，⽽且变化很⼤，有些因素很难甚⾄⽆法完全搞清楚。
加之，地下结构的受⼒特性在很⼤程度上还与地下⼯程的施⼯⽅法及施⼯步骤直接相关，这些问题的存在使得⼀些地下结构的计算结果，⽆论在精度上或可靠程度上都达不到设计的要求，很难作为确切的设计依据。
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
轨道工程设计中的地下建筑与基础设施
轨道工程设计中的地下建筑与基础设施概述在城市发展和交通需求的推动下，轨道交通系统成为现代城市不可或缺的一部分。
为了满足越来越多的乘客需求，轨道交通的建设已经从地面延伸到地下，从而减少了对城市的空间占用。
在轨道工程设计中，地下建筑与基础设施的规划和设计起着至关重要的作用。
本文将探讨轨道工程设计中地下建筑与基础设施的重要性以及设计中需要考虑的关键因素。
地下建筑与基础设施的重要性地下建筑与基础设施在轨道工程设计中具有诸多重要性。
首先，地下建筑是轨道交通系统的一部分，通过地下通道、车站和隧道将乘客从地上引导到轨道上，并提供出入口和安全通道。
这些地下结构必须考虑到乘客的方便性和安全性，包括人流量、应急出口和消防设施等。
其次，地下基础设施在轨道工程设计中发挥重要作用。
地下基础设施包括供水、排水、通风和电力等系统，这些系统为轨道交通系统提供稳定的运行条件。
例如，排水系统确保地下隧道和车站不容易积水。
通风系统则为地下结构提供新鲜空气，确保乘客和工作人员的健康和安全。
设计中需要考虑的关键因素在轨道工程设计中，有几个关键因素需要在地下建筑与基础设施的规划和设计中考虑。
首先，安全是设计中最重要的考虑因素之一。
地下建筑和设施必须满足相关的建筑和消防安全规范。
紧急出口和逃生通道应合理设置，以确保在意外情况下乘客和工作人员能够迅速安全地离开地下结构。
消防设施如喷淋系统和消防栓的位置和配备也应符合标准。
其次，人流量和乘客需求是设计中需要考虑的重要因素之一。
轨道交通系统的设计应考虑到日常高峰期和节假日等特殊情况下的客流量。
车站和通道的尺寸、通道的划分和人行道的设置都需要满足人流量的需求，确保乘客能够顺利、高效地进出地下结构。
此外，地下建筑的可持续性也是一个重要的考虑因素。
在设计中，应优先考虑使用环保材料和节能措施。
例如，利用太阳能供电车站和通风系统，使用再生材料、降低能耗等。
通过减少对自然资源的消耗，地下建筑和基础设施能够减轻对环境的影响，并为城市的可持续发展做出贡献。
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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。