隧道衬砌

洞身衬砌（二）

2. 装配式（拼接式）衬砌

前面介绍整体式混凝土衬砌具有需要养生时间、受力较慢的缺点，那如果在稳定性很差的围岩中修隧道，需要支护结构（衬砌）能立即受力，怎么办呢，或者在西藏高寒地区，就地浇筑混凝土的强度难已达到混凝土强度要求，又怎么办呢？

引出已经完成养生过程的衬砌

装配式衬砌是按照衬砌的几何形状，将衬砌分成若干个部分在洞外或工厂成批预制好，再运到洞内运用机械拼装。

这种衬砌具备下列优点：

◆一经装配成环，不需养生时间，即可承受围岩压力；

◆预制的构件可以在工厂成批生产、在洞内可以机械化拼装，从而改善了劳动条件；

◆拼装时，不需要临时支撑如拱架、模板等，从而节省大量的支撑材料及劳力；

◆拼装速度因机械化而提高，缩短了工期，还有可能降低造价。

缺点：

◆接缝多，整体性差

◆抗渗性差

◆需要坑道内有足够的拼装空间

◆制备构件尺寸上要求一定的精度

目前应用拼装式衬砌的典型是盾构法施工中的管片，那么管片长什么样，用什么材料做成，有哪些类型呢？

平板型管片箱型管片管片按断面形式分分为平板型管片和箱型管片，箱型管片，单块管片重量较轻，但管片本身强度不如平板型，特别在盾构顶力作用下易开裂，因此一般用于较大直径的隧道；平板型管片则相反。

管片按材料分类可分为钢筋混凝土管片，钢管片，球墨铸铁管片和复合管片。最常用的为钢筋混凝土管片。

盾构隧道衬砌的主体是管片拼装组成的管环，管环通常由A（标准块）、B（邻接块）和K（封顶快）组成，管环分块数为n=x+2+1。

3. 锚喷式衬砌

（1）喷射混凝土

喷射混凝土是指用喷射机将掺有速凝剂的混凝土拌和料和水汇合成为浆状，以一定压力高速喷射到坑道的岩壁上凝结而成的混凝土。

①喷射混凝土的特点

◆充填裂隙加固围岩

◆封闭围岩壁面防止风化

◆喷射混凝土与围岩组成共同承载体系

②喷射混凝土的优、缺点

优点：

◆柔性支护

◆支护及时

◆不用模板、拱架

◆施工工艺简单

缺点：

回弹量大、止水性弱

（2）锚杆

是利用金属或其他高抗拉性能的材料制作的一种杆状构件。

①锚杆的支护效应

◆悬吊效应

◆组合梁效应

◆加固拱效应

1. 悬吊效应：在层状岩层中，锚杆将下部不稳定岩层悬掉在上部稳固岩层上。锚杆所受拉力来自被悬掉岩层。

2. 组合梁效应：在没有稳固岩层的薄岩层中，安心装锚杆后，锚杆的夹紧力就会使层面间摩擦力增大，这种摩擦力可以阻止岩石沿层面继续滑动，从而将数个薄岩层通过锚杆锁

紧成一个较厚的岩层。这种厚岩梁内的最大弯曲应力和应变与梁的厚度的平方成反比，集成的岩梁越厚，最大弯曲应力和应变就越小。同时，锚杆本身的强度也增加了梁的整体抗剪能力。

3、加固拱效应，在供形巷道围岩的破裂区中安装预应力锚杆时，在杆体两端将形成圆椎体形式分布的压应力。若沿顶板布置锚杆群，各个锚杆形成的压应力圆椎体将交错重叠，形成一个防止破裂区扩散的承压拱，这个供可以承受其上部破碎岩石施加的径向载荷。沿锚杆轴向的预紧力在组合拱中产生环向应力，从而明显地改善了承压拱应力状态，使围岩状态由单轴、双轴变为三轴受压。这样在围岩中形成一个均匀压缩的连续承区，从而大大提高组合拱的承载能力。

②锚杆的种类

◆机械式锚杆

◆黏结式锚杆（端部黏结式、全长黏结式）

◆自进式中空注浆锚杆

机械式是通过端头锚固在围岩中，杆的另外一端与岩面接触，拧紧螺母使垫板压紧在岩面上，对围岩产生预加压应力，锚杆即进入工作状态；

我国隧道使用最多的是全长黏结式砂浆钢筋锚杆，且采用先灌后锚式。

自进式中空注浆锚杆集钻孔、注浆、锚固一体化，在隧道超前支护中能很好地改良围岩。

（3）锚喷支护的类型

锚喷结构既作为隧道临时支护，又作为永久结构的形式，由喷射混凝土和锚杆组成。

与模筑整体式衬砌相比，锚喷支护不是以一个刚度强大的结构物来抵抗围岩所给予它的压力荷载，而是作为柔性的衬砌，与围岩合成一体，共同作用，调动或发挥围岩的自稳能力。

根据承载力的不同，锚喷支护又可以进行如下几种组合：

a. 喷射混凝土支护

b. 喷射混凝土+锚杆支护

c. 喷射混凝土+锚杆+钢筋网

d. 喷射混凝土+锚杆+钢筋网+钢架支护

对于自稳时间很短的Ⅰ、Ⅱ类围岩隧道，或浅埋偏压隧道，当早期围岩压力增长快，需要提高初期支护的强度时，或隧道处于粉细砂，砂卵石、土夹石地层、大面积淋水地段以及为了抑制围岩过大的变形，需要增强支护抗力时，可采用钢架喷射混凝土作为初期支护。

锚喷支护的出现也为新奥法的诞生奠定了基础，后面我们会具体讲到新奥法的思想及施工过程。

4. 复合式衬砌

顾名思义，复合式衬砌不同于单层衬砌，它是把衬砌结构分成不止一层，而是两层、三层或更多的层，在不同的时间上先后施作的。但是目前实践的都是外衬和内衬两层，所以也有人叫它为“双层衬砌”。

复合式衬砌一般是由初期支护+防水层+二次衬砌组成

即先在开挖好的洞壁表面喷射一层早强的混凝土，凝固后形成薄层柔性的支护结构（我们就将这称为初期支护或外衬），过若干时间后，再做模筑衬砌（也就是二次衬砌或者内衬）。同时，为了防止地下水流入或者渗入隧道内，还可以在内外衬间设置防水层。

内衬作为安全储备，是在外衬和围岩组成的共同支护体系的变形基本稳定后施作。

图中外衬为喷锚支护，内衬为整体式混凝土衬砌，内、外衬之间是防水层。（三明治结构）

复合式衬砌的优点：

◆复合式衬砌的极限承载能力比同等厚度的单层模筑混凝土衬砌可提高20％～30％，如能调整好内衬的施作时间，还可以改善结构的受力条件。

◆二次衬砌完成后，衬砌内表面光滑平整，可以防止外层风化，装饰内壁，增强安全感。

◆采用防水层，防水效果好。

缺点：

◆造价较高，施工较复杂

复合式衬砌是我们后面要介绍的新奥法中要求采用的衬砌类型，1980 年以后，我国隧道的设计、施工大都采用新奥法(NA TM)。但复合式衬砌也不是万能的。比如对于节理裂隙发育的岩层在采用爆破法开挖时，开挖面凸凹不平，这时采用复合衬砌很难做到围岩与