【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于渗水缝隙修复领域，具体涉及一种盾构隧道渗水缝隙自修复系统及其制备方法和应用。
技术介绍
1、随着城市地下空间开发规模的快速扩张，盾构隧道作为一种常见的隧道结构形式已被广泛设计和使用。由于隧道地质条件复杂，邻近隧道施工，使用条件苛刻等原因，混凝土盾构隧道在多因素长期作用下容易出现管片开裂、错台、张开等问题，导致隧道外部的自由水渗入隧道内部，早期的盾构隧道渗水问题一般发生在混凝土管片外层难以被及时发现，随着盾构隧道渗水缝隙的增大，会导致隧道管涌等一系列问题，其严重威胁着隧道的安全运行。及时修补隧道渗水问题已成为国内外研究热点。
2、微生物自修复技术作为其中一种仿生自修复方式，由于环境友好性和自修复潜力受到广泛关注。其核心工作原理就是：将耐碱微生物和特定底物在拌合时预先埋入混凝土中，一旦混凝土开裂，水分及氧气的进入激活休眠的微生物，经过一系列生物化学反应，将混凝土中预埋的培养基代谢转化为碳酸钙沉淀，填充裂缝从而实现自修复，但是因技术方案的缺陷、工艺难度高及其应用苛刻等多种因素，导致现有的自修复系统能够自修复的效果较差、成本高。
3、现有研究结果表明，微生物诱导碳酸钙沉积技术可以有效提高混凝土裂缝自修复能力，修复后混凝土抗渗性能得到恢复。然而，目前研究主要集中在混凝土碎裂导致的渗水问题。对于盾构隧道止水带失效导致的渗水问题还未提出应对方法。止水带是隧道管片原有的防水设计，规范《城市轨道交通结构安全保护技术规范》中当隧道管片接缝处的张开量小于6mm时，止水带能有效地防止隧道外部的水流入。当接缝处的张开
技术实现思路
1、针对上述现有技术涉及的盾构隧道止水带失效导致的渗水等问题，本专利技术将提供一种盾构隧道渗水缝隙自修复系统及其制备方法和应用。
2、为实现上述目的，具体包括以下技术方案：
3、一种盾构隧道渗水缝隙自修复系统，包括聚乙烯醇装料袋及设置于聚乙烯醇装料袋内部空腔的聚丙烯腈纤维和微生物复合胶囊，在聚乙烯醇装料袋中，所述聚丙烯腈纤维和微生物复合胶囊的体积百分含量分别是60-80％、20-40％；
4、所述微生物复合胶囊由内到外依次由母核、内层壁、外层保护壁组成；
5、所述母核包括如下质量百分含量的组分：硅酸钠20-40％、碳酸钠10-30％、氢氧化钠5-15％、膨润土5-15％、生石灰5-15％、渗透性结晶添加剂15-25％；
6、所述内层壁包括如下质量百分含量的组分：10-15％多孔介质材料、微生物粉末2-5％、煤灰粉18-25％、硅灰15-22％、13-25％偏高岭土、20-30％碳酸钙粉末，所述微生物粉末包括耐碱性芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、产脲酶菌中的至少一种。
7、本专利技术的盾构隧道渗水缝隙自修复系统包括聚乙烯醇装料袋、及设置于聚乙烯醇装料袋内部空腔的聚丙烯腈纤维和微生物复合胶囊，所述微生物复合胶囊内部包微生物(好氧型)以及微生物生长的培养基；聚乙烯醇装料袋将聚丙烯腈纤维和微生物复合胶囊包裹，一方面确保微生物在无水条件下处于休眠状态，另一方面在隧道渗水时装料袋溶于水中释放内部的微生物胶囊，通过复合胶囊内微生物的代谢驱动碳酸钙沉积，同时聚丙烯腈纤维能起到固定微生物和提高修复宽度的作用，从而提高盾构隧道的防渗水能力，增加隧道的耐久性。
8、在母核中，硅酸钠和碳酸钠与钙离子反应，形成水合硅酸钙和碳酸钙填充裂缝；氢氧化钠在裂缝中形成碱性环境，提高了co2的利用率；生石灰提供钙离子并与水反应，形成碱性环境；膨润土具有水膨胀特性，随着水膨胀，填满了剩余的孔洞；渗透性结晶添加剂穿透微裂纹，促进内芯物自愈。
9、所述母核还包括质量百分含量为0.5-5％的粘合剂。
10、优选地，所述盾构隧道渗水缝隙自修复系统的直径为3-7mm。
11、常规的隧道接缝处的张开量大于6mm，隧道外部的水会渗入管片，将本专利技术的盾构隧道渗水缝隙自修复系统直接置于隧道管片接缝处的止水带时，选择上述尺寸的盾构隧道渗水缝隙自修复系统可以适合常规的隧道管片接缝处的止水带，有效提前阻止隧道接缝处的张开量或者说裂缝的继续扩大，起到及时修复的作用，有效提高构隧道的防渗水能力，增加隧道的耐久性。
12、优选地，所述聚乙烯醇装料袋的厚度为20μm以上。
13、聚乙烯醇装料袋由聚乙烯醇薄膜材料如nt型制备得到，该材质的装料袋溶解温度为25℃，拉伸强度达到44mpa以上，抗拉强度达到50mpa以上延展率可达150-400％，单层的薄膜厚度约为20μm，该类型材质的聚乙烯醇装料袋不仅能够具备常温水溶性，而且具有良好的机械强度，能有效地保护内部的聚丙烯腈纤维和微生物复合胶囊。
14、优选地，所述聚丙烯腈纤维的直径为1-5mm。
15、聚丙烯腈纤维具有强度高、韧性好、耐老化等特点。相较于钢纤维它的柔韧性好，当装料带受到挤压时，聚丙烯腈纤维的硬度不足以使得聚乙烯醇装料带破损；硬度太大的纤维(如钢纤维)容易刺破装料带，导致内部材料流失；聚乙烯醇装料袋不溶解于水，微生物复合胶囊易吸附在聚丙烯腈纤维表面，聚丙烯腈纤维质地柔软能起到缓冲保护的作用，在微生物复合胶囊受挤压时，保证胶囊完整性，不会发生破裂。
16、聚乙烯醇装料袋溶解于水中，此时，聚丙烯腈纤维吸湿性差，保证其在水环境下不会被溶解；聚丙烯腈纤维的堆积表面密度大，可有效填补混凝土管片接缝的孔隙，同时防止微生物胶囊被水冲走；当微生物复合胶囊释放微生物并生成碳酸钙沉积物时，碳酸钙能沿着聚丙烯腈纤维沉积，减小了需要修补的缝隙面积，提高了修补效率。
17、优选地所述母核、内层壁和外层保护壁的质量百分含量分别是30-40％、55-60％、5-10％。
18、优选地，所述多孔介质材料包括碳酸盐，所述碳酸盐包括碳酸钠、碳酸铵、碳酸钾中的至少一种。
19、微生物复合胶囊中的内层壁的多孔介质材料为碳酸盐，可以进一步增加内部微生物诱导碳酸根形成能力，提高裂缝内部碳酸钙沉积的能力，同时提高了隧道的抗渗能力和耐久性。
20、优选地，所述外层保护壁包括聚乙烯醇、丙烯酸树脂、聚氨酯橡胶、聚脲、乙酸丁酸纤维素、醋酸乙烯酯共聚物、脲醛树脂、聚氨酯中的至少一种。
21、使用上述材质的微生物复合胶囊的外层保护壁有很好的亲水性、耐碱性、脆性以及密封性能，且在外部微裂缝产生时能发生破裂使微生物流出，保证了内部好氧微生物的释放效率。
22、优选地，所述微生物复合胶囊的直径为20-100μm。
23、本专利技术提供一种所述的盾构隧道渗水缝隙自修复系统的制备方法，包括如下本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种盾构隧道渗水缝隙自修复系统，其特征在于，包括聚乙烯醇装料袋及设置于聚乙烯醇装料袋内部空腔的聚丙烯腈纤维和微生物复合胶囊，在聚乙烯醇装料袋中，所述聚丙烯腈纤维和微生物复合胶囊的体积百分含量分别是60-80％、20-40％；
2.如权利要求1所述的盾构隧道渗水缝隙自修复系统，其特征在于，所述盾构隧道渗水缝隙自修复系统的直径为3-7mm。
3.如权利要求1所述的盾构隧道渗水缝隙自修复系统，其特征在于，所述多孔介质材料包括碳酸盐，所述碳酸盐包括碳酸钠、碳酸铵、碳酸钾中的至少一种。
4.如权利要求1所述的盾构隧道渗水缝隙自修复系统，其特征在于，所述外层保护壁包括聚乙烯醇、丙烯酸树脂、聚氨酯橡胶、聚脲、乙酸丁酸纤维素、醋酸乙烯酯共聚物、脲醛树脂、聚氨酯中的至少一种。
5.如权利要求1所述的盾构隧道渗水缝隙自修复系统，其特征在于，所述微生物复合胶囊的直径为20-100μm。
6.如权利要求1所述的盾构隧道渗水缝隙自修复系统，其特征在于，所述聚丙烯腈纤维的直径为1-5mm。
7.如权利要求1所述的盾构隧道渗水缝隙自修
8.如权利要求1所述的盾构隧道渗水缝隙自修复系统，其特征在于，所述母核、内层壁和外层保护壁的质量百分含量分别是30-40％、55-60％、5-10％。
9.如权利要求1-8任意一项所述的盾构隧道渗水缝隙自修复系统的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
10.权利要求1-8任意一项所述的盾构隧道渗水缝隙自修复系统在盾构隧道止水带中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种盾构隧道渗水缝隙自修复系统，其特征在于，包括聚乙烯醇装料袋及设置于聚乙烯醇装料袋内部空腔的聚丙烯腈纤维和微生物复合胶囊，在聚乙烯醇装料袋中，所述聚丙烯腈纤维和微生物复合胶囊的体积百分含量分别是60-80％、20-40％；
2.如权利要求1所述的盾构隧道渗水缝隙自修复系统，其特征在于，所述盾构隧道渗水缝隙自修复系统的直径为3-7mm。
3.如权利要求1所述的盾构隧道渗水缝隙自修复系统，其特征在于，所述多孔介质材料包括碳酸盐，所述碳酸盐包括碳酸钠、碳酸铵、碳酸钾中的至少一种。
4.如权利要求1所述的盾构隧道渗水缝隙自修复系统，其特征在于，所述外层保护壁包括聚乙烯醇、丙烯酸树脂、聚氨酯橡胶、聚脲、乙酸丁酸纤维素、醋酸乙烯酯共聚物、脲醛树脂、聚氨酯中的至少一种。
<...【专利技术属性】
技术研发人员：卞荣，姜文东，吴冰，陈文翰，陈科技，王淑红，孙永军，
申请(专利权)人：国网浙江省电力有限公司经济技术研究院，
类型：发明
国别省市：
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