CN117534377B - 围岩开裂微生物自修复纤维混凝土、系统和施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于混凝土工程技术领域，具体涉及一种围岩开裂微生物自修复纤维混凝土、系统和施工方法。本发明的围岩开裂微生物自修复纤维混凝土，包括混凝土和埋设在所述混凝土中的自修复纤维网；所述自修复纤维网的主体由中空的自修复纤维构成；所述自修复纤维网的内腔中密封有微生物材料和营养剂，所述微生物材料用于混凝土自修复，所述营养剂用于为所述微生物材料供给营养；所述自修复纤维的内腔尺寸被配置为能够产生毛细现象。本发明的围岩开裂微生物自修复纤维混凝土可高效修复混凝土和围岩变形产生的裂缝，解决或改善隧道的混凝土和围岩的开裂渗漏的问题。

Description

围岩开裂微生物自修复纤维混凝土、系统和施工方法

技术领域

本发明属于混凝土工程技术领域，具体涉及围岩开裂微生物自修复纤维混凝土、系统和施工方法。

背景技术

我国处于基础建设的大发展时期，伴随着我国公路、铁路的蓬勃发展，隧道建设已逐渐成为建设重点。隧道复合式衬砌指分内外两层先后施作的隧道衬砌。在坑道开挖后，先及时施作与围岩密贴的外层柔性支护(一般为喷锚支护)，也称初期支护，容许围岩产生一定的变形，而又不致于造成松动压力的过度变形。待围岩变形基本稳定以后再施作内层衬砌(一般是模筑的)，也称二次支护。

一般情况下初期支护由锚杆、钢筋网、钢架和喷砼组成，暨隧道开挖出渣排完险后，在岩面初喷一层3～4cm混凝土，防止围岩风化，之后在隧道拱部施作中空锚杆。

当初喷混凝土产生微裂隙后不能及时修复，当裂隙穿过富含地下水的底层时，地下水会通过微裂隙侵蚀二次衬砌并会造成微裂隙的劣化，这会严重影响隧道的正常运营且易引发安全问题。如何在长期运营维护中保持初喷混凝土的完整性，及时修复初喷混凝土产生的微裂隙是本领域亟待解决的问题。

因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种围岩开裂微生物自修复纤维混凝土、系统和施工方法，以有助于解决或改善初期支护的混凝土容易产生裂隙的问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：围岩开裂微生物自修复纤维混凝土，包括混凝土和埋设在所述混凝土中的自修复纤维网；所述自修复纤维网的主体由中空的自修复纤维构成；所述自修复纤维网的内腔中密封有微生物材料和营养剂，所述微生物材料用于混凝土自修复，所述营养剂用于为所述微生物材料供给营养；所述自修复纤维的内腔尺寸被配置为能够产生毛细现象。

优选地，所述微生物材料为甘油封存的孢子，所述营养剂呈固体状；所述自修复纤维网中，所述微生物材料所在的自修复纤维的内腔与所述营养剂所在的自修复纤维的内腔相互连通。

优选地，所述自修复纤维包括第一纤维和第二纤维，所述微生物材料密封于第一纤维中，所述营养剂密封于所述第二纤维中；所述第一纤维和所述第二纤维的内腔分隔设置。

优选地，所述自修复纤维网中，所述微生物材料所在的所有第一纤维的内腔相互连通，所述营养剂所在的所有第二纤维的内腔相互连通；或，所述自修复纤维网包括多根所述第一纤维和多根所述第二纤维，每根所述第一纤维和/或每根第二纤维呈两端密封的毛细管状。

优选地，所述自修复纤维网具有网格单元，所述网格单元的节点两端的所述自修复纤维的内腔中分别具有所述微生物材料和营养剂。

优选地，所述自修复纤维的内径为0.05-0.3mm。

优选地，所述微生物材料中的微生物为球形芽孢杆菌孢子、假坚强芽孢杆菌孢子和巴氏芽孢杆菌孢子中的至少一种；所述营养剂包括酵母提取物和钙源，所述钙源为硝酸钙、乙酸钙和乳酸钙中的至少一种。

本发明还提供了一种围岩开裂微生物自修复系统，其采用下述技术方案：围岩开裂微生物自修复系统，包括在岩面上依次设置的如上任一项所述的围岩开裂自修复纤维混凝土、设置在隧道拱部的中空锚杆和二次衬砌。

本发明还提供了如上所述的围岩开裂微生物自修复系统的施工方法，其采用下述技术方案：围岩开裂微生物自修复系统的施工方法，包括下述步骤：(1)隧道开挖出渣排完险后，在岩面初喷一层混凝土；(2)将所述自修复纤维网放在初喷的混凝土的表面，再在所述自修复纤维网表面喷射第二层混凝土，以使自修复纤维网与混凝土形成如上所述的围岩开裂微生物自修复纤维混凝土；(3)在隧道拱部施作中空锚杆及后续的二次衬砌支护。

有益效果：

本发明的围岩开裂微生物自修复纤维混凝土有利于保证隧道运维的安全性，解决或改善隧道的混凝土和围岩的开裂渗漏的问题。此外，自修复纤维网有助于在围岩或混凝土产生裂隙后，可定向地向裂隙处输送足量的自修复材料，提高自修复材料的利用效率、修复速度和修复质量。

此外，本发明的围岩开裂微生物自修复纤维混凝土中自修复纤维网在施工过程中无需与混凝土进行拌合，可有效减少或避免自修复纤维网的破损，有助于保持自修复纤维网的修复效果。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。其中：

图1为本发明一种实施例提供的围岩开裂微生物自修复纤维混凝土的结构示意图；

图2为本发明一种实施例提供的自修复纤维网的结构示意图；

图3为本发明另一种实施例提供的自修复纤维网的结构示意图；

图4为本发明再一种实施例提供的自修复纤维网的结构示意图；

图5为本发明一种实施例提供的自修复纤维网的部分制作过程示意图；

图6为本发明一种实施例提供的围岩开裂引发微生物自修复纤维混凝土的修复过程示意图；

图7为本发明一种实施例提供的围岩开裂微生物自修复纤维混凝土应用于围岩的状态结构示意图；

图8为本发明一种实施例提供的围岩开裂微生物自修复系统的结构示意图。

附图标记：

1-混凝土；2-自修复纤维网；3-围岩；4-锚杆；5-二次砌衬；

20-自修复纤维；21-第一纤维；211-微生物材料；22-第二纤维；221-营养剂；23-碳酸钙结晶；31-围岩裂隙。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”以及“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个特征。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接或活动连接，也可以是可拆卸连接或不可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通、间接连通或两个元件的相互作用关系。

下面将结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

发明人在研究中发现：在隧道长期的运营维护中，初期支护中的喷射混凝土往往会为适应围岩变形开裂产生微裂隙。当隧道通过富含地下水的地层时，地下水会通过初喷层的混凝土裂隙渗漏侵蚀二次衬砌结构，而随着微裂隙在地下水冲刷、侵蚀的劣化作用下，微裂隙往往会进一步发育，这严重威胁着隧道的正常运营且易引发安全问题。故而，初喷层混凝土开裂后，微裂隙的及时修复是重要的、需要解决的问题。

而传统的混凝土自修复材料存在着诸多问题，微生物胶囊材料由于需要预先拌合在混凝土中往往会导致载体破碎提前释放其中埋藏的自修复剂，大大降低自修复的能力。且传统的自修复材料通过混凝土开裂破碎载体释放自修复剂实现修复效果，而裂隙处破碎的载体数量有限，埋藏在混凝土中的自修复材料往往无法发挥作用，导致自修复效果较差。

本发明针对目前初期支护的混凝土存在的容易产生裂隙的问题，提供一种围岩开裂微生物自修复纤维混凝土。

参照图1-7，本发明实施例的围岩开裂微生物自修复纤维混凝土包括混凝土1和埋设在混凝土1中的自修复纤维网2；自修复纤维网2的主体由中空的自修复纤维20构成；自修复纤维网2的内腔中密封有微生物材料211和营养剂221，微生物材料211(恶劣环境中能足以存活，且在自修复纤维网2破裂前，不会与营养剂221相互作用；优选地，在自修复纤维网2破裂前，微生物材料211可处于休眠状态)用于混凝土1和/或围岩3的自修复，营养剂221用于为微生物材料211供给营养(可提供微生物复苏、增殖的必要营养物质及自修复过程中的底物)；自修复纤维网2的内腔尺寸被配置为能够产生毛细现象。

其中，本发明的围岩开裂微生物自修复纤维网2的尺寸可根据工程的实际需要进行调节，此处不做具体限定。此外，本发明的围岩开裂微生物自修复纤维混凝土中的自修复纤维网2可设置一层或多层(两层或两层以上)。

在应用于隧道复合式砌衬施工过程中时，在喷射混凝土喷射施工结束后，迅速将本发明的自修复纤维网2埋设在混凝土中，与喷射混凝土共同组成本发明。待围岩变形导致喷射混凝土开裂时，其中的自修复纤维网2也会一同破裂，微生物材料211和营养剂221在外力和毛细力的作用下流出，释放到混凝土1裂隙处，微生物孢子在适宜的条件下复苏代谢诱导底物生成碳酸钙结晶23充填裂隙。在自修复纤维网2的破裂处由于毛细力的作用网络系统中微生物材料211和营养剂221的定向运移，可同时修复混凝土1和围岩裂隙31(在围岩3与混凝土1同时产生裂隙的情况下)。

本发明的围岩开裂微生物自修复纤维混凝土有利于保证隧道运维的安全性，其中的自修复纤维网2有助于解决隧道的混凝土和围岩的开裂渗漏、自修复载体在拌合过程中易破碎、利用率低等问题。此外，自修复纤维网2有助于在围岩或混凝土产生裂隙后，向裂隙处输送足量的自修复材料，提高自修复材料的利用效率、修复速度和修复质量。进一步地，自修复纤维网2在实际应用过程中，还可发挥一定的增强混凝土的力学性能的作用。

本发明的围岩开裂微生物自修复纤维混凝土的优选实施例中，微生物材料211为甘油封存的孢子，营养剂221呈固体状；自修复纤维网2中，微生物材料221所在的自修复纤维20的内腔与营养剂221所在的自修复纤维20的内腔相连通(例如，可通过将自修复纤维20设置成一体网状结构实现；或，使多根自修复纤维20相互连通的方式实现；此处不做具体限定)。具体地，可使用蠕动泵将封存于甘油中的微生物孢子泵送装填至自修复纤维20的中空内腔之中；封装营养剂221时，则只需将营养剂221按照各组分混合均匀后直接将药剂充填至自修复纤维20的中空内腔即可。

其中，通过使微生物材料211为甘油封存的孢子，营养剂221呈固体状，有助于使在自修复纤维网2中的所有自修复纤维20的内腔均相互连通的情况下，微生物材料211与营养剂221也不会发生相互作用(即，微生物材料211可维持在休眠孢子的状态下；在自修复纤维网2破裂且微生物孢子遇到水被活化后才能发挥自修复作用)，维持微生物材料211和营养剂221的有效性。进一步地，通过使微生物材料211所在的自修复纤维20的内腔与营养剂221所在的自修复纤维20的内腔相互连通，可在自修复纤维网2的某一处发生破裂且混凝土1(围岩3)开裂形成的裂隙有渗水的情况下，自修复纤维网2中的所有微生物材料211和营养剂221均可被定向输送至裂隙处，为裂隙提供充足的自修复材料(微生物材料211和营养剂221)，提高裂隙处的自修复效率和保障裂隙处自修复的效果，避免或减少由于自修复材料的不足造成的裂隙修复效果差的情况发生。

进一步地，营养剂221以固体形式存在，微生物材料211和营养剂221用于在围岩3和/或混凝土1开裂产生的裂隙渗水的情况下被定向输送至裂隙的位置处。固体形态的营养剂221尤其适用于裂隙中有渗水的情况下裂隙的自修复(在裂隙中有渗水时，营养剂221中的酵母提取物和钙源能够快速溶解，为微生物提供所需的营养物质和底物)。此外，本发明通过充填固体形式的营养剂221，相对于现有技术中通常采用的液体形式的营养剂，不仅可提高营养剂221有效成分(酵母提取物、钙源等)的承载量，可更好地实现裂隙的自修复，保障自修复材料的充足，实现裂隙的有效修复，还更适用于渗水造成的裂隙的自修复。

优选地，自修复纤维网2中，各处的自修复纤维20的内腔均相互连通，微生物材料211和营养剂221间隔设置，以有助于避免微生物材料211和营养剂221在混凝土1和/或围岩3破裂前相互作用，造成本发明的围岩开裂微生物自修复纤维混凝土的自修复性能的损失。

本发明的围岩开裂微生物自修复纤维混凝土的优选实施例中，自修复纤维20包括第一纤维21和第二纤维22，微生物材料211密封于第一纤维21中，营养剂221密封于第二纤维22中；第一纤维21和第二纤维22的内腔分隔设置。通过将微生物材料211密封于第一纤维21，将营养剂221密封于第二纤维22，且第一纤维21和第二纤维22的内腔分隔设置(即，第一纤维21和第二纤维22的内腔不连通)，可有效避免在第一纤维21和第二纤维22破裂前，微生物材料211和营养剂221相互接触，造成的自修复材料的损失(尤其是营养剂221呈液体状态时，微生物材料211与营养剂221在裂隙产生前接触，容易造成自修复材料的损失)。

本发明的围岩开裂微生物自修复纤维混凝土的优选实施例中，自修复纤维网2中，微生物材料211所在的所有第一纤维21的内腔相互连通(第一纤维21一体设置，或，两根以上的第一纤维21相互连通)，营养剂221所在的所有第二纤维22的内腔相互连通(第二纤维22一体设置，或，两根以上第二纤维22相互连通)。上述设置使得，在自修复纤维网2发生破裂时，第一纤维21中存储的所有微生物材料211和第二纤维22中存储的所有营养剂221均可被定向输送至渗水的裂隙处(围岩裂隙31和/或混凝土裂隙)，保障裂隙处的自修复材料的充足，提高自修复的效率。

本发明的围岩开裂微生物自修复纤维混凝土的优选实施例中，自修复纤维网2包括多根第一纤维21和多根第二纤维22，每根第一纤维21和/或每根第二纤维22呈两端密封的毛细管状。即，不同第一纤维21之间不连通，和/或，不同第二纤维22之间不连通；这样设置适用于在本发明的围岩开裂微生物自修复混凝土的使用过程中，每次产生的裂隙小，可能多次产生裂隙的情况；有助于实现围岩开裂微生物自修复混凝土的多次自修复，提高使用寿命。

本发明优选实施例中，自修复纤维网2具有网格单元(自修复纤维网2由多个重复的网格单元组成)，网格单元节点两端的自修复纤维20的内腔中分别具有微生物材料211和营养剂221。其中，节点可以理解为相邻网格单元之间相互连接的连接点；通过使网格单元的节点两端的自修复纤维20的内腔中分别具有微生物材料211和营养剂221，有助于在自修复纤维网2发生破裂时，微生物材料211和营养剂221均可被输送至裂隙处，保障自修复材料的自修复效果。

优选地，网格单元呈矩形(如图2所示)、菱形(如图3所示)或其他适合的形状等。

具体地，第一纤维21和第二纤维22之间的连接通过绑扎实现；可通过分层设置第一纤维21和第二纤维22(在第一层中设置多个第一纤维21，在第二层中设置多个第二纤维22，两层中的多个第一纤维21和第二纤维22交错分布)，并对相交的第一纤维21和第二纤维22进行绑扎以得到自修复纤维网2。

本发明优选实施例中，自修复纤维20的内径为0.05-0.3mm(例如，0.05mm、0.1mm、0.15mm、0.2mm、0.25mm或0.3mm)。

优选地，自修复纤维20的外径为0.2-1.4mm(例如，0.2mm、0.4mm、0.6mm、0.8mm、1.0mm、1.2mm或1.4mm)，壁厚为0.1-0.4mm(例如，0.1mm、0.2mm、0.3mm或0.4mm)，长度为1m。

本发明优选实施例中，自修复纤维20材质选自沥青、陶瓷和聚合物(例如，聚合物可为聚偏氟乙烯(PVDF)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)/聚丙烯腈(PAN)溶液等)中的至少一种。其中，本发明的自修复纤维20具有一定的韧性，有助于提高混凝土1的抗折性能。此外，自修复纤维20在应用过程中，可与围岩同步裂开，有助于实现混凝土1或围岩3的及时修复。具体地：钢筋混凝土受弯构件在混凝土未开裂之前，受拉区钢筋、混凝土1及自修复纤维网2共同受力。沿构件长度方向，各自的应力大致保持相等。当围岩3变形导致荷载增加，混凝土1的拉应变接近其极限拉应变时，在最薄弱截面出现第一批(一条或几条)裂缝，自修复纤维网2随之破裂，预先注入在自修复纤维网2中的微生物材料211和营养剂221流出。

优选地，自修复纤维20通过对基材(沥青、陶瓷和聚合物中的至少一种)进行静电纺丝、乳液纺丝和溶液吹制中的至少一种方式的处理后加工得到。

其中：静电纺丝，通过向沉积液滴的金属喷嘴流体射流施加高电压而产生；当电荷在液滴上积聚时，表面被拉伸形成吉尔伯特-泰勒锥；电场将流体拉向被收集的接地电极表面，导致固体纤维被收集在表面；为了制造中空的自修复纤维，将内层愈合剂和外层网络材料同轴纺丝，前提是这两种液体不混溶。乳液纺丝，其中两种聚合物溶液的乳液通过单个出口喷嘴进行电纺，而不是使用带有同轴针的单独溶液，与控制两种溶液射流相比，有助于控制喷射的溶液；例如，使用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)/聚丙烯腈(PAN)溶液在二甲基甲酰胺中的混合物；沉淀的PMMA溶液液滴被捕获在从其尖端输送PAN溶液的Taylor锥的底部，从而形成核壳射流。溶液吹制是静电纺丝方法的一种替代方法，在溶液吹制方法中，压缩空气用于生产纳米纤维网络，而不需要高压电场，这使其成为一种更安全的制造方法。

本发明优选实施例中，微生物材料211中的微生物为球形芽孢杆菌孢子、假坚强芽孢杆菌孢子和巴氏芽孢杆菌孢子中的至少一种；营养剂221包括酵母提取物和钙源，钙源为硝酸钙、乙酸钙和乳酸钙中的至少一种；其中，酵母提取物可采用OXIOD生产的酵母提取物，钙源采用上海沪试生产的硝酸钙、乙酸钙或乳酸钙。通过采用孢子状态下的微生物，可使微生物处于休眠状态，提高其在恶劣条件下的生存能力。本发明的自修复纤维网2应用于混凝土1中后，在混凝土1开裂初期，自修复纤维网2破裂后，当有地下水渗入时，在毛细作用和重力作用下微生物材料211会快速的流出，而营养剂221由于其较高的溶解度会充分的溶解在渗水中，为微生物孢子的复苏提供养分。微生物孢子和营养剂221在渗水的作用下，孢子遇到营养剂211和水会快速的从孢子休眠状态下复苏，增殖。在增殖过程中不同种类的细菌会通过相应的MICP过程诱导营养剂221中的钙源生成碳酸钙结晶23填充微裂隙，达到修复微裂隙的目的，修复过程如图6所示。

优选地，营养剂221中，酵母提取物与钙源的质量比为1:10；例如，酵母提取物的用量可为混凝土1的质量分数的万分之六，钙源的用量可为混凝土1的质量分数的千分之六。

本发明优选实施例中，球形芽孢杆菌孢子采用包括下述步骤的方法得到：球形芽孢杆菌孢子通过在液体最低基础盐(MBS)培养基中产生。MBS培养基在使用前在120℃下高压灭菌20分钟；将成熟孢子作为接种物(1％)转移到MBS培养基中；将培养物(28℃，100rpm)孵育28天；随后，对其进行巴氏灭菌(80℃，20分钟，然后在冰冷水中5分钟)，以最大限度地减少营养细胞；然后通过离心培养物(7000rpm，4℃)7分钟来收获孢子；去除上清液，并在室温下对孢子糊进行真空干燥3天；孢子的干糊状物然后在水泥磨机中研磨5秒以获得用于封装的细粉末(可采用甘油封存所得到的细粉末，以便于将微生物孢子装填于第一纤维21中)。

本发明还提出了一种围岩开裂微生物自修复系统，本发明的围岩开裂微生物自修复系统包括如上所述的围岩开裂自修复纤维混凝土、设置在隧道拱部的锚杆4(中空锚杆)和二次衬砌5。

如图8所示，本发明的围岩开裂微生物自修复系统包括自修复纤维网2，自修复纤维网2不仅可在初期支护的混凝土1产生裂隙时，使自修复纤维网2中的可用于微生物修复的微生物材料211和为其中的微生物供给营养的营养剂221分别在毛细力的作用下定向运输至裂隙处，进而使该微生物发挥对裂隙的修复作用。此外，若围岩3一并产生裂隙，在毛细力的作用下，微生物材料211和营养剂221也可被输送至围岩裂隙31，实现对围岩3的自修复。此外，在构成自修复纤维网2的所有自修复纤维20的内腔均相互连通的情况下，只要自修复纤维网2有一处破损，自修复纤维网20的内腔中储存的所有微生物材料211和营养剂221均可高效地被定向输送至裂隙位置处，保障裂隙处有充足的自修复材料，避免现有技术中由于自修复材料的不足而造成的修复效果不佳的问题，实现裂隙的高效、充分修复。类似地，在构成自修复纤维网2的所有第一纤维21均相互连通、构成自修复纤维网2的所有第二纤维22均相互连通(第一纤维21和第二纤维22不连通)的情况下，在自修复纤维网2破损后，也可实现如上所述的效果(自修复纤维网2中的所有微生物材料211和营养剂221均可高效地被定向输送至裂隙位置处)。

本发明的围岩开裂微生物自修复系统有助于高效实现围岩3、初期支护的喷射混凝土上的裂隙的修复，实现围岩3和初期支护的喷射混凝土的长期稳定，保证隧道的正常运营，避免或减少安全问题的发生。

本发明的围岩开裂微生物自修复系统的优选实施例中，自修复纤维网2设有多层(两层或两层以上)。自修复纤维网2的层数可根据喷射混凝土的厚度进行调整，当混凝土1厚度较厚时，可适当增加自修复纤维网2的层数，以便可以提供更加充足的自修复材料。通常混凝土1的厚度3-4cm，布置4层自修复纤维网2即可。

本发明还提出了一种围岩开裂微生物自修复系统的施工方法，本发明实施例的围岩开裂微生物自修复系统的施工方法，包括下述步骤：(1)隧道开挖出渣排完险后，在岩面初喷一层混凝土；(2)将自修复纤维网2放在初喷的混凝土表面，再在自修复纤维网2表面喷射第二层混凝土，以使自修复纤维网2与混凝土1(包括步骤(1)中初喷的混凝土和步骤(2)中的第二层混凝土)形成整体；(3)在隧道拱部施作中空锚杆4及后续的二次衬砌5支护。

本发明的自修复纤维网的施工方法简单，直接在初喷混凝土(第一层混凝土)和喷射的第二层混凝土之间放置自修复纤维网2即可实现自修复纤维网2的固定；此外，相对于现有技术，本发明省略了自修复纤维网2与混凝土1进行拌合的步骤，可有效避免自修复纤维网2的破裂，维持自修复纤维网2的完整性，有助于避免或减少自修复纤维网2的自修复能力的损失或失效，保障自修复的效果。

本发明的围岩开裂微生物自修复系统的施工方法的优选实施例中，步骤(1)中，混凝土1的厚度为3-4cm(即，两次喷射的喷射混凝土的总厚度为3-4cm；具体地，混凝土1的厚度可为3cm、3.2cm、3.4cm、3.6cm、3.8cm或4cm)。

本发明的围岩开裂微生物自修复系统的优选实施例中：自修复纤维网2的结构为：在底层铺设一层第一纤维21(第一纤维21的中空内腔中装填有球形芽孢杆菌孢子)，在第一纤维21上方铺设一层第二纤维22(第二纤维22的中空内腔中装填有营养剂221；营养剂221包括酵母提取物(按照混凝土质量分数的万分之六添加)和钙源(混凝土质量分数的千分之六)，钙源为硝酸钙、乙酸钙和乳酸钙中的至少一种；分别在第一纤维21和第二纤维22搭接的地方进行绑扎，即得自修复纤维网2。其中，第一纤维21的材质为聚合物(例如，聚合物可选用聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯或聚丙烯腈)，第二纤维22的材质为聚合物(例如，聚合物可选用聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯或聚丙烯腈)；第一纤维21和第二纤维22的外径为1mm、壁厚为0.4mm、长度为1m；自修复纤维网2的整体结构可如图2、图3或图4所示。

隧道开挖出渣排完险后，在岩面初喷一层喷射混凝土，在初喷的第一层混凝土表面放置上述自修复纤维网2，之后再在自修复纤维网2表面喷射第二层混凝土，以使自修复纤维网2与第一层混凝土和第二层混凝土(第一层混凝土和第二层混凝土的总厚度为3-4cm)形成整体(即，本发明的围岩开裂微生物自修复纤维混凝土)；

之后在隧道拱部施作中空锚杆4，以及后续的二次衬砌5支护；即得本发明的围岩开裂微生物自修复系统。

在本发明的围岩开裂微生物自修复系统开裂初期，自修复纤维20破裂后其中的球形芽孢杆菌孢子和营养剂221可以快速流出，球形芽孢杆菌孢子和营养剂221在渗水的作用下，球形芽孢杆菌孢子遇到营养剂221和水会快速的从孢子休眠状态下复苏、增殖。在增殖过程中，球形芽孢杆菌通过相应的MICP过程诱导营养剂221中的钙源生成碳酸钙填充微裂隙，达到修复微裂隙的目的。

在自修复纤维20的破裂处由于毛细力的作用，网络系统中的球形芽孢杆菌孢子和营养剂221的定向运移至破裂处，提高微生物材料211和营养剂221的利用率。由于自修复纤维网2中的球形芽孢杆菌孢子和营养剂可以定向运输，自修复效果大大提升，可同步修复混凝土裂隙和围岩裂隙。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.围岩开裂微生物自修复纤维混凝土，其特征在于，包括混凝土和埋设在所述混凝土中的自修复纤维网；

所述自修复纤维网的主体由中空的自修复纤维构成；

所述自修复纤维网的内腔中密封有微生物材料和营养剂，所述微生物材料用于混凝土自修复，所述营养剂用于为所述微生物材料供给营养；

所述自修复纤维的内腔尺寸被配置为能够产生毛细现象，以在所述自修复纤维网破裂处由于毛细力的作用，所述自修复纤维网的网络系统中所述微生物材料和营养剂定向运移至破裂处修复混凝土；

所述围岩开裂微生物自修复纤维混凝土采用包括下述步骤的施工方式施工得到：先将所述自修复纤维网铺放在初喷的混凝土表面，再在所述自修复纤维网表面喷射第二层混凝土以使所述自修复纤维网与混凝土形成整体。

2.如权利要求1所述的围岩开裂微生物自修复纤维混凝土，其特征在于，所述微生物材料为甘油封存的孢子，所述营养剂呈固体状；

所述自修复纤维网中，所述微生物材料所在的自修复纤维的内腔与所述营养剂所在的自修复纤维的内腔相互连通。

3.如权利要求1所述的围岩开裂微生物自修复纤维混凝土，其特征在于，所述自修复纤维包括第一纤维和第二纤维，所述微生物材料密封于第一纤维中，所述营养剂密封于所述第二纤维中；

所述第一纤维和所述第二纤维的内腔分隔设置。

4.如权利要求3所述的围岩开裂微生物自修复纤维混凝土，其特征在于，所述自修复纤维网中，所述微生物材料所在的所有第一纤维的内腔相互连通，所述营养剂所在的所有第二纤维的内腔相互连通；

或，所述自修复纤维网包括多根所述第一纤维和多根所述第二纤维，每根所述第一纤维和/或每根第二纤维呈两端密封的毛细管状。

5.如权利要求1所述的围岩开裂微生物自修复纤维混凝土，其特征在于，所述自修复纤维网具有网格单元，所述网格单元的节点两端的所述自修复纤维的内腔中分别具有所述微生物材料和营养剂。

6.如权利要求1所述的围岩开裂微生物自修复纤维混凝土，其特征在于，所述自修复纤维的内径为0.05-0.3mm。

7.如权利要求1-6任一项所述的围岩开裂微生物自修复纤维混凝土，其特征在于，所述微生物材料中的微生物为球形芽孢杆菌孢子、假坚强芽孢杆菌孢子和巴氏芽孢杆菌孢子中的至少一种；

所述营养剂包括酵母提取物和钙源，所述钙源为硝酸钙、乙酸钙和乳酸钙中的至少一种。

8.围岩开裂微生物自修复系统，其特征在于，包括在岩面上依次设置的如权利要求1-7任一项所述的围岩开裂自修复纤维混凝土、设置在隧道拱部的中空锚杆和二次衬砌。

9.如权利要求8所述的围岩开裂微生物自修复系统的施工方法，其特征在于，包括下述步骤：

(1)隧道开挖出渣排完险后，在岩面初喷一层混凝土；

(2)将所述自修复纤维网放在初喷的混凝土的表面，再在所述自修复纤维网表面喷射第二层混凝土，以使自修复纤维网与混凝土形成如权利要求1-7任一项所述的围岩开裂微生物自修复纤维混凝土；

(3)在隧道拱部施作中空锚杆及后续的二次衬砌支护。