随着城镇化进程加速和城市规模成倍扩大,城市交通需求与基础设施落后之间的矛盾日益突出,地铁因其快速、高效、节能、准时等优势,无疑是改善城市交通的最佳利器,为促使地铁和城市可持续发展,就需要地铁工程的性能安全稳定、质量可靠,其中为地铁工程质量安全提供保障的重要结构——混凝土管片,不仅承受各种车辆和水土压力等,同时还起到抵御有害物质的侵蚀,管片一旦出现裂缝将影响到管片的使用功能和服役期限,严重时会造成地铁事故,因此必须对混凝土管片裂缝进行控制,本文基于既有地铁工程现场的管片裂缝状态,展开原因分析和使用性能影响研究,在理论研究成果以及工程实例试验基础上,提出有针对性的抑制措施,主要研究内容如下:(1)结合地铁管片项目实地调研,通过试验和观察以及监测等手段,并从受荷载和混凝土材料组分两方面全面分析裂缝产生的机理,总结管片生产制作、施工拼装及后期运营等三个阶段裂缝产生的原因,分析裂缝存在危害到管片的受力、抗渗、耐久性等使用性能,进而提出裂缝控制的必要性和抑制措施的针对性。(2)针对混凝土组分引起的裂缝,通常向混凝土拌合物中添加膨胀剂以抑制开裂,但现有的检测方法并未科学掌握氧化钙型膨胀剂的反应历程,为此提出一种可行的检测方法——硝酸锶催化—乙二醇—乙醇—苯甲酸溶液滴定法与TG-DSC热分析法相结合的方法,对混凝土外加剂氧化钙型膨胀剂进行定量分析,以合理使用氧化钙类膨胀剂,进而控制混凝土裂缝。(3)鉴于管片生产制作过程中裂缝出现的原因,从混凝土管片材料组分着手抑制措施研究,由此开展混凝土内养护研究,采用硅烷偶联剂溶液改性轻集料,研究了其作为内养护介质的管片混凝土性能。通过合理控制硅烷偶联剂溶液浓度来提高内养护混凝土的力学性能及内养护减缩效率,同时实现调控混凝土内部的湿度并以此降低收缩驱动力,并且能够使混凝土结构的自身抗力得到有效提高,进而有助于提升混凝土的抗裂性。(4)在混凝土管片生产制作时,通常水灰比和坍落度较低,以便满足强度要求,但由此影响高强度混凝土的流变性,采取了掺入新型化学外加剂的措施对混凝土拌合物进行流变性能改善。通过天然淀粉生物发酵的方法制备得到的新型流变改性剂——高分子量生物胶,以极低掺量掺入新拌水泥混凝土中,即可有效提升拌合物粘聚性与稳健性,并使其具备显著的剪切变稀性与触变性,从而增加抗裂性能,抑制表面干缩裂缝。(5)在混凝土拌合物中添加外加剂,其抑制裂缝的研究对象均是在试件和试块,为研究外加剂对在混凝土管片性能影响,有必要进行实际工程试验段应用研究,通过100环管片的对比试验,对经过改善后的试验组和未添加外加剂改善的对照组进行混凝土管片的抗渗、抗拔、抗弯性能试验,经试验结果表明,试验组相比对照组在性能上更优,同时具备应用上的可行性。(6)就混凝土管片在施工拼装和后期运营阶段出现的裂缝提出抑制措施,对混凝土管片计算模型、受力以及拼装形式进行理论分析,运用反演分析,以内收敛位移值为变量,通过有限元计算,得出内收敛位移值与裂缝宽度函数,提出以内收敛位移量测值作为裂缝控制的新指标,更直观控制裂缝,同时经监测数据验证其有效性。通过以上理论分析和试验研究,为混凝土管片制造和拼装以及运营过程中的裂缝控制提供了一定的理论依据和可行的措施。与此同时,抑制裂缝的研究应用于实际工程的隧道已顺利运行并投入运营,对后期类似工程具有一定的指导意义,研究内容具有重要的现实意义和应用价值。