隧道襯砌

一般說，隧道襯砌可按其結構、功能等劃分為各種形式。應根據(jù)地質條件和運營要求加以選擇。

初砌按構件類型分類①半襯砌：僅由拱圈組成；②無仰拱的襯砌：由拱圈和邊墻組成，也稱非封閉式襯砌；③有仰拱的襯砌：由拱圈、邊墻及仰拱組成，也稱封閉式襯砌。

襯砌按功能分類①飾面襯砌；②構造襯砌；③承載襯砌；④特殊承載襯砌。

襯砌按位置分類①洞口段襯砌；②洞身襯砌。

隧道襯砌的構造與圍巖的地質條件和施工方法密切相關。歸納起來，常用的有以下幾種：

(1)整體式混凝土襯砌

是指就地灌注混凝土襯砌，也稱模筑混凝土襯砌。模筑襯砌的特點是：對地質條件的適應性強，易于按需要成型，整體性好、抗?jié)B性強，適用于多種施工條件，如可用木模板、鋼模板或襯砌臺車等，是我國隧道工程中廣泛采用的襯砌結構類型。按其邊墻的形式，又可分為直墻式和曲墻式兩種形式。

(2)裝配式襯砌

是指在工廠或現(xiàn)場預先制備成若干構件，運入坑道內，用機械將其拼裝成一環(huán)接一環(huán)的襯砌。這種襯砌的優(yōu)點是一經(jīng)裝配成環(huán)，不需要養(yǎng)護時間，即可承受圍巖壓力；由于構件是預先在工廠成批生產(chǎn)的，可以保證質量；在洞內采用機械化拼裝，縮短了工期，改善了勞動條件；拼裝時不需要臨時支撐，可節(jié)省大量的支撐材料和勞力。但裝配式襯砌在實際應用中也存在著一些缺點。如需要坑道內有足夠的拼裝空間，制備構件尺寸要求一定的精度，接縫多，防水較困難等。基于以上原因，裝配式襯砌多用在使用盾構法施工的城市地下鐵道中，在我國的鐵路和公路隧道中還未能推廣應用。

(3)錨噴襯砌

錨噴襯砌是指以錨噴支護作永久襯砌的通稱。錨噴支護包括錨桿支護、噴射混凝土支護、噴射混凝土錨桿聯(lián)合支護、噴射混凝土鋼筋網(wǎng)聯(lián)合支護、噴射混凝土與錨桿及鋼筋網(wǎng)聯(lián)合支護及由上述幾種類型支撐（或格柵支撐）組成的聯(lián)合支護。

錨噴支護是常用的一種圍巖支護手段。采用錨噴支護可以充分發(fā)揮圍巖的自承能力，并有效地利用洞內凈空，提高作業(yè)效率，并能適應軟弱和膨脹性地層中的隧道開挖，以及用于整治塌方和隧道襯砌的裂損。

(4)復合式襯砌

復合式襯砌是指外層用錨噴作初期支護，內層用模筑混凝土或噴射混凝土作二次襯砌的永久結構。初期支護可以采用噴混凝土襯砌和錨桿噴射混凝土襯砌。當巖石條件較差時，也可在噴層中增設鋼筋網(wǎng)或型鋼拱架，或采用鋼纖維噴射混凝主，初期支護的厚度多在5～20cm之間。二次支護常為整體式現(xiàn)澆混凝土襯砌，或噴射混凝土襯砌，其中整體式現(xiàn)澆混凝土襯砌有表面平順光滑，外觀視覺較好，通風阻力較小等優(yōu)點，適宜于對洞室內環(huán)境要求較高的場合。噴射混凝土襯砌工藝簡單，省工省時，投資較低，但外觀視覺相對較差，通風阻力較大，對洞室環(huán)境要求較低時可以使用，否則需另設內襯改善景觀和通風條件。

(5)連拱襯砌

連拱隧道是洞室襯砌結構相連的一種特殊雙洞結構形式，兩隧道之間的巖體用混凝土替代，中間的連接部分通常稱為中墻。

隧道開挖后，坑道周圍地層原有平衡遭到破壞，引起坑道變形或崩塌。為了保護圍巖的穩(wěn)定性，確保行車安全，隧道必須有足夠強度的支護結構即隧道襯砌。

隧道襯砌是為了防止圍巖變形或坍塌，沿隧道洞身周邊用鋼筋混凝土等材料修建的永久性支護結構。在不同的圍巖中可采用不同的襯砌形式。常用的襯砌形式有噴混凝土襯砌、噴錨襯砌及復合式襯砌，多數(shù)情況下采用復合式襯砌。復合式襯砌常分為初期支護（一次襯砌）和二次支護（二次襯砌）。

常用的隧道襯砌材料有：混凝土及鋼筋混凝土、片石混凝土、料石或混凝土預制塊，以及噴射混凝土等。隧道的襯砌結構形式，主要是根據(jù)隧道所處的地質地形條件，考慮其結構受力的合理性、施工方法和施工技術水平等因素來確定的。隧道襯砌的構造、形狀和尺寸因其用途、地形、地質、施工和結構性能等條件的差異而不同。

1．石料

(1)石料質量要求。石料應符合設計規(guī)定的類別和強度，石質應均勻、耐風化、無裂紋。

(2)石料加工要求。

1)所有料石加工時，外露面四邊整齊、棱角方正，拼縫前口要直，尾部略呈斜面。

2)每邊向內收口不得大于10mm。

2．砂漿

(1)砂漿中所用水泥、砂、水等材料的質量標準宜符合混凝土工程相應材料的質量標準。砂漿中所用砂，宜采用中砂或粗砂，當缺乏中砂及粗砂時，在適當增加水泥用量的基礎上，也可采用細砂。砂的最大粒徑，當用于砌筑片石時，不宜超過5mm；當用于砌筑塊石、粗料石時，不宜超過2.5mm。如砂的含泥量達不到混凝土用砂的標準，當砂漿強度等級大于或等于M5時，可不超過5%，小于M5時可不超過7%。

(2)石灰水泥砂漿所用生石灰，成分應純正，煅燒均勻、透徹。一般宜熟化成消石灰粉或石灰膏使用，也可磨細成生石灰粉使用。消石灰粉和石灰膏應通過網(wǎng)篩過濾，并且石灰膏應在沉淀池內儲存14d以上。磨細生石灰粉應經(jīng)4900孔/cm2篩子過篩。

隧道襯砌是指支持和維護隧道的長期穩(wěn)定和耐久性的永久結構物。所以，隧道襯砌必須有足夠強度、耐久性和一定的抗凍、抗?jié)B和抗侵蝕性。

隧道支護是用以加固巖層的臨時或永久支撐，可有效地限制巖層變形的自由發(fā)展，調整巖層的應力分布，防止巖體松散墜落。

不同類型的隧道襯砌結構適用于不同的隧道圍巖條件，如直邊墻式隧道襯砌適用于圍巖條件較好和無側壓力或側壓力較小的隧道；曲邊墻式隧道襯砌適用于圍巖條件復雜和側壓力較大的隧道；曲邊墻加仰拱式隧道襯砌適用于圍巖側壓力較大，且基底松軟或有較大的底壓力的隧道。

結構隧道襯砌一般是由拱、邊墻（直邊墻或曲邊墻）、仰拱或鋪底等部分組成（見圖）。

隧道襯砌結構根據(jù)使用要求和圍巖的特性而有不同的襯砌內輪廓，從而定出寬度、高度、形式和襯砌截面及厚度。中國根據(jù)隧道圍巖的穩(wěn)定性及其結構特征和完整狀態(tài),把圍巖劃分為六類。屬于圍巖穩(wěn)定、無坍塌,呈巨塊狀整體結構的屬Ⅵ類；圍巖極易坍塌，呈泥砂角礫或易蠕動的松散結構的定為Ⅰ類。其他類別圍巖則依次介于Ⅵ類和Ⅰ類之間。中國的單線和雙線鐵路隧道襯砌，在各類圍巖條件下的襯砌主要形式和尺寸見表

襯砌設計根據(jù)隧道圍巖特征和使用要求，需應用隧道襯砌理論和相應計算方法，確定隧道襯砌的形狀、尺寸，以及襯砌用料和施工方法等。

隧道襯砌作為支護的基本理論是把隧道圍巖和襯砌作為相互有聯(lián)系的統(tǒng)一體，即隧道圍巖不僅作為一種壓力作用在襯砌上，而且作為一種介質與襯砌共同作用。圍巖壓力從廣義上講是圍巖原來應力狀態(tài)受到隧道開挖擾動后出現(xiàn)的應力重分布狀態(tài)，其大小同應力重分布過程、圍巖特征、襯砌剛度、隧道埋置深度及施工技術等有關。

在這一理論特征基礎上，建立了許多圍巖壓力和襯砌計算理論派別。如以K.泰沙基為代表的松散介質平衡理論認為，隧道襯砌上方土體在垂直下沉時，將受到側向土壓的約束而產(chǎn)生卸荷作用；以M.M.普羅托季亞科諾夫為代表的壓力拱假定理論認為，隧道襯砌上方的圍巖到一定范圍后能夠自穩(wěn)形成壓力拱，襯砌只承受壓力拱以下的圍巖重力；以溫克列爾為代表的襯砌計算局部變形假定理論則認為，襯砌和圍巖共同作用過程中，相互間力和變形的規(guī)律，符合線性關系，類似各自獨立的彈簧作用系統(tǒng)。如此各種襯砌計算理論，都相應地建立了各種襯砌計算方法。目前，各種計算方法可歸納為四類：①超靜定反力法，是把圍巖和襯砌作為超靜定系統(tǒng)進行計算的方法；②復合整體法，是把圍巖和襯砌作為復合體進行計算的方法；③特性曲線法，以圍巖和支護各自的徑向位移曲線作出發(fā)點進行分析計算的方法；④經(jīng)驗法，按已有工程經(jīng)驗進行的計算方法。

標準斷面由于隧道圍巖各有特性，而影響其穩(wěn)定性的因素又來自多方面，所以各種襯砌計算方法中的參數(shù)難以測出精確值，襯砌實際設計和計算尚屬于經(jīng)驗性的范疇。

為了簡化隧道襯砌的設計和計算工作，一般按照圍巖分類，在廣泛技術經(jīng)濟比較基礎上，經(jīng)過計算優(yōu)化過設計出相應的襯砌類型，并且加以系列化供全國或地區(qū)范圍內隧道襯砌設計時廣泛使用。這樣編制出來的襯砌，被稱為標準斷面。標準斷面的使用，也為施工和日后養(yǎng)護提供了方便條件。

襯砌施工方法隧道襯砌采用的建筑材料不同，其施工方法也往往不同，如用磚、料石、混凝土塊作襯砌材料，一般采用砌筑法或拼裝法施工；用混凝土和鋼拱架作襯砌材料，一般采用就地灌筑混凝土法施工。近年來，隨著隧道力學的發(fā)展，廣泛地采用新奧法。新奧法是奧地利學者所倡導的，因而得名。這種方法的要點是利用圍巖的自支承能力,使襯砌負擔減少,達到安全、經(jīng)濟目的，而噴錨能及時支護圍巖，使圍巖保持自穩(wěn)。通常把錨桿和噴混凝土作為第一次支護，根據(jù)量測信息再灌筑混凝土作為第二次支護，形成復合式隧道襯砌，所以噴錨和量測信息構成新奧法的要素。新奧法具有支護及時、靈活、安全的特點,并在襯砌中可設置防水層,有利于提高襯砌的防水性,因而受到各國的重視。但是,新奧法目前尚存在一些有待解決的問題，如對圍巖應力重分布中的變形量測控制；隧道巖層有大面積漏水時，噴混凝土工作會發(fā)生困難，且漿液可能被沖掉；又如噴混凝土的回彈量較大，噴射質量也不易控制等。

《公路隧道襯砌結構耐火技術》一方面是考慮在實際可能的火災場景下，探討公路隧道襯砌結構體系在高溫下的損傷機理和力學特性，為評定公路隧道襯砌結構體系的火災安全性提供科學依據(jù)；另一方面以預防為目的，為防火設計提供符合隧道實際情況的有效的耐火方法，提高我國公路隧道襯砌結構體系的整體耐火能力和火災安全性。 2100433B