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随着我国城市轨道交通的快速发展，地铁盾构隧道在解决城市交通拥堵、改善居民出行便利性等方面的作用的也越来越显著。同时，由于地铁盾构隧道处于复杂的地层环境中，其病害发展导致的结构性能恶化的情况也愈发突出。当前，国内普遍采用被动型养护理念，在隧道结构病害较为明显时进行昂贵的纠正性养护，有限的养护经费与未来日益庞大的养护需求间的矛盾日益扩大。借鉴预养护理念在其他交通基础设施上所取得的成功经验，本文基于我国软土地区地铁盾构隧道的运营现状，对其结构性能的衰变规律进行了研究，进一步分析了最佳预养护时机的决策方法，从而为地铁运营部门的养护工作提供参考与建议。
主要研究内容与成果如下：
(1)对运营期盾构隧道病害的成因以及不同发展阶段病害对隧道结构的影响进行了分析。结果表明，隧道病害具备共因性与相关性，同时随着病害程度的加深，病害间相互影响形成恶性循环作用，表明了在隧道结构状态较为良好时进行预养护，以延缓结构性能的退化速度，降低养护成本的必要性。
(2)考虑了预养护措施的经济性、技术性和环境影响性，采用层次分析法与专家打分法，建立了一种盾构隧道预养护措施适用性判别的方法。并通过向南京市地铁运营部门的专家进行咨询，对定性指标进行了量化。结果表明，对于我国软土地区，建议采用微扰动注浆作为治理衬砌横向收敛变形、纵向变形与接头变形的预养护措施，采用壁后注浆止水作为治理渗漏水的预养护措施(洞内注浆堵漏可作为预备方案或与连用)，采用无机磷酸盐微损伤修复作为治理衬砌表面伤损与衬砌材质劣化的预养护措施。
(3)对软土地区地铁盾构隧道服役性能的衰变模型进行了研究，并基于TSI指标分别研究了不同衰变模式下隧道服役性能的预测模型。结果表明，软土地区地铁盾构隧道存在快速衰变过程与长期衰变过程。其中，快速衰变过程分为减缓型和修复+减缓型两种衰变模式，采用基于Sigmoid曲线的预测方程可对其进行有效预测，预测结果的有效期为[0,2????],????为衰变速率最大的一点；而长期衰变过程分为凸形曲线、??形曲线和凹形曲线三种衰变模式，采用基于倒指数函数的预测模型可对其进行有效预测，同时需要不断地带入新数据对模型进行更新，以保持其长期有效性。最后，依托于我国南方某城市软土地区地铁盾构隧道连续8年的监测数据和养护资料，对上述两种预测模型进行了验证，结果表明两种预测模型在各自适用范围内均具备良好的预测效果。
(4)综合分析了各项盾构隧道服役性能评价指标的优劣，其中TSI的评价结果量化程度最高并考虑了各病害间权重的问题，故选择该指标作为预养护阶段隧道结构服役性能的评价指标。同时，分析了预养护在隧道全寿命期所处的阶段，以TSI处于[3.0,5.0]作为隧道预养护的适用范围。并基于盾构管片足尺试验与相关规范，提出了各病害的单项指标限制，并以全部单项指标均未超限作为进行预养护决策的必要条件，涉及的单项指标有：衬砌横向变形收敛率≤7.1‰D(错缝)/7.7‰D(通缝)；隧道最大曲率≤1/7500m-1；环缝、纵缝张开量≤12mm，环缝错台量≤19mm，纵缝错台量≤13mm；仅允许接缝处出现渗水；衬砌表面裂缝宽度≤0.2mm，剥落深度≤5mm。
(5)采用费用-效益分析法提出了一种盾构隧道最佳预养护时机的决策方法。基于本文所提出的盾构隧道的长期衰变预测模型，首先对养护前后隧道服役性能衰变曲线进行预测；其次根据进行养护的时机、投入的成本与采取的养护对策，生成预养护方案向量集合；最后采用“效益面积”法对各预养护方案的效益进行量化，采用当量平均年度费用法对预养护的成本进行评估，并以效益面积比最大作为最佳预养护时机的决策目标。
主要研究内容与成果如下：
(1)对运营期盾构隧道病害的成因以及不同发展阶段病害对隧道结构的影响进行了分析。结果表明，隧道病害具备共因性与相关性，同时随着病害程度的加深，病害间相互影响形成恶性循环作用，表明了在隧道结构状态较为良好时进行预养护，以延缓结构性能的退化速度，降低养护成本的必要性。
(2)考虑了预养护措施的经济性、技术性和环境影响性，采用层次分析法与专家打分法，建立了一种盾构隧道预养护措施适用性判别的方法。并通过向南京市地铁运营部门的专家进行咨询，对定性指标进行了量化。结果表明，对于我国软土地区，建议采用微扰动注浆作为治理衬砌横向收敛变形、纵向变形与接头变形的预养护措施，采用壁后注浆止水作为治理渗漏水的预养护措施(洞内注浆堵漏可作为预备方案或与连用)，采用无机磷酸盐微损伤修复作为治理衬砌表面伤损与衬砌材质劣化的预养护措施。
(3)对软土地区地铁盾构隧道服役性能的衰变模型进行了研究，并基于TSI指标分别研究了不同衰变模式下隧道服役性能的预测模型。结果表明，软土地区地铁盾构隧道存在快速衰变过程与长期衰变过程。其中，快速衰变过程分为减缓型和修复+减缓型两种衰变模式，采用基于Sigmoid曲线的预测方程可对其进行有效预测，预测结果的有效期为[0,2????],????为衰变速率最大的一点；而长期衰变过程分为凸形曲线、??形曲线和凹形曲线三种衰变模式，采用基于倒指数函数的预测模型可对其进行有效预测，同时需要不断地带入新数据对模型进行更新，以保持其长期有效性。最后，依托于我国南方某城市软土地区地铁盾构隧道连续8年的监测数据和养护资料，对上述两种预测模型进行了验证，结果表明两种预测模型在各自适用范围内均具备良好的预测效果。
(4)综合分析了各项盾构隧道服役性能评价指标的优劣，其中TSI的评价结果量化程度最高并考虑了各病害间权重的问题，故选择该指标作为预养护阶段隧道结构服役性能的评价指标。同时，分析了预养护在隧道全寿命期所处的阶段，以TSI处于[3.0,5.0]作为隧道预养护的适用范围。并基于盾构管片足尺试验与相关规范，提出了各病害的单项指标限制，并以全部单项指标均未超限作为进行预养护决策的必要条件，涉及的单项指标有：衬砌横向变形收敛率≤7.1‰D(错缝)/7.7‰D(通缝)；隧道最大曲率≤1/7500m-1；环缝、纵缝张开量≤12mm，环缝错台量≤19mm，纵缝错台量≤13mm；仅允许接缝处出现渗水；衬砌表面裂缝宽度≤0.2mm，剥落深度≤5mm。
(5)采用费用-效益分析法提出了一种盾构隧道最佳预养护时机的决策方法。基于本文所提出的盾构隧道的长期衰变预测模型，首先对养护前后隧道服役性能衰变曲线进行预测；其次根据进行养护的时机、投入的成本与采取的养护对策，生成预养护方案向量集合；最后采用“效益面积”法对各预养护方案的效益进行量化，采用当量平均年度费用法对预养护的成本进行评估，并以效益面积比最大作为最佳预养护时机的决策目标。