洞身衬砌的类型及构造

洞身衬砌的类型及构造
1.洞身衬砌的作用
衬砌是指沿开挖洞壁而做的人工护壁，主要作用是：①阻止围岩变形的发展，保证围岩的稳定；②根据需要，承受围岩压力、内水压力和其他荷载；③防止渗漏；④保护围岩免受水流、空气、温度、干湿变化等的冲蚀破坏作用；⑤平整围岩，减小表面糙率，增大过流能力；⑥满足环境保护的要求。

2.衬砌的类型
隧洞衬砌主要可分为以下几种类型：
（1）平整衬砌（也称护面）用混凝土、喷混凝土和浆砌石（图1）做成的护面，它不承受荷载，仅起到平整隧洞表面、减小糙率、防止渗漏、保护岩石不受风化的作用。

平整衬砌适用于围岩坚固、完整，能自行保持稳定，水头和流速较小的情况。

对于无压隧洞，如岩石不易风化，可只衬砌过水边界部分。

平整衬砌的厚度由构造决定，一般混凝土或喷混凝土可采用5～15cm，浆砌石衬砌可采用25～30cm。

图1 砌石衬砌
（2）单层衬砌用混凝土或浆砌石做成。

单层衬砌适用于中等地质条件，隧洞断面较大，水头及流速较高的情况，是我国应用最广的受力衬砌。

根据《水工隧洞设计规范》，混凝土和单层钢筋混凝土衬砌的厚度不宜小于25cm，双层钢筋混凝土衬砌的厚度不宜小于30cm，并由衬砌受力计算最终确定。

衬砌所用混凝土的强度等级不应低于C15。

图2 隧洞断面形式及衬砌类型
（a）～（f）单层衬砌；（g）～（i）单组合式层衬砌；
1—喷混凝土；2—16mm钢板；3—25cm排水管；4—20cm钢筋网喷混凝土；5—锚筋
（3）锚喷衬砌锚喷衬砌是利用锚杆和喷混凝土加固围岩措施的总称，是逐渐发展起来的一项新型加固措施。

喷混凝土不需模板，施工进度快，能紧跟掘进工作面施工，缩短围岩暴露时间，使围岩的风化、潮解和应力松弛等不致有大的发展。

但由于喷层较薄，随开挖岩面起伏不平，糙率较大，且大面积喷射施工质量难以控制，在内水压力及水流作用下，有可能引起渗漏及冲蚀破坏。

喷混凝土的厚度不宜小于8cm，最大不宜超过20 cm。

混凝土的设计强度等级不宜低于C20。

锚杆支护是用特定形式的锚杆锚定于岩石内部，把原来不够完整、不够稳定的围岩固结成一个整体，增加围岩的整体性和稳定性（图3）。

图3 锚杆支护
（4）组合式衬砌根据开挖断面周边不同部位衬砌的受力特点和运用要求，可采用不同的衬砌材料组合而成。

如内层为钢板、钢筋网喷浆，外层为混凝土或钢筋混凝土；如顶拱为混凝土，边墙和底板采用浆砌石；又如顶拱和边墙先锚喷后再进行混凝土或钢筋混凝土衬砌等形式。

实践证明，在软弱、破碎的岩体中开挖隧洞，由于岩体稳定性差，采用先锚喷，再做混凝土或钢筋混凝土衬砌，是一种较安全、较经济的组合形式。

（5）预应力衬砌预应力衬砌是对混凝土、钢筋混凝土衬砌的外壁施加预压应力，以便在运用时抵消内水压力产生的拉应力，克服混凝土抗拉强度低的缺点，这样不仅能减小衬砌厚度，减少隧洞开挖量，节约材料，还可以增强衬砌的抗裂性和不透水性。

其缺点是工序多、施工复杂、高压灌浆技术要求高、工期较长。

最简单的预应力方法是向衬砌和围岩之间进行压力灌浆，使衬砌产生预压应力。

为保证灌浆效果，应在衬砌与围岩之间预留有2~3cm的空隙，灌浆浆液应用膨胀性水泥，以防止干缩时导致预压应力降低。

预应力衬砌多用于高水头圆形有压隧洞。

洞身衬砌类型的选择，应根据隧洞的任务、地质条件、断面尺寸、受力状态、施工方法及运行条件等因素，通过综合分析技术经济比较后确定。

在进行隧洞衬砌形式选择时，可参考表8-1并通过工程类比研究确定。

压力状
态设计原则
最小覆盖
厚度要求
承担内水
压力能力
围岩分类
备注
Ⅰ、ⅡⅢⅣ、Ⅴ
无压抗裂
钢筋混凝土并加防渗措施
研究是否采用预
应力混凝土
限裂锚喷、钢筋混凝土钢筋混凝土
非限裂不衬砌、混凝土、锚喷锚喷、钢筋
混凝土
有压抗裂满足
具备预应力混凝土、钢筋混凝土并加防渗措施预应力混凝
土、钢板
钢筋混凝土并加
防渗措施宜在低
压洞使用不具备预应力混凝土、钢板
局部不满足预应力混凝土、钢板
当围岩坚硬、完整、裂隙少、稳定性好且抗风化性能好时，对于流速低、流量较小的隧洞，可以不加衬砌。

不衬砌的有压隧洞，其内水压力应小于地应力的最小主应力，以保证围岩稳定。

由于不衬砌隧洞的糙率大，泄放同样流量就要增大开挖断面，因此，是否采用不衬砌隧洞应经过技术经济比较之后确定。