[科普中国]-隧道衬砌

隧道衬砌是指支持和维护隧道的长期稳定和耐久性的永久结构物。其作用是：支持和维护隧道的稳定；保持列车运行所需需的空间；防止围岩的风化；解除地下水的影响等。因此，隧道衬砌必须有足够强度、耐久性和一定的抗冻、抗渗和抗侵蚀性。隧道衬砌主要由拱圈、边墙、仰拱和底板几部分构成。为排出隧道内的水，隧道内还设排水沟（中心排水沟或侧沟）。1

简述隧道开挖后，坑道周围地层原有平衡遭到破坏，引起坑道变形或崩塌。为了保护围岩的稳定性，确保行车安全，隧道必须有足够强度的支护结构即隧道衬砌。

隧道衬砌是为了防止围岩变形或坍塌，沿隧道洞身周边用钢筋混凝土等材料修建的永久性支护结构。在不同的围岩中可采用不同的衬砌形式。常用的衬砌形式有喷混凝土衬砌、喷锚衬砌及复合式衬砌，多数情况下采用复合式衬砌。复合式衬砌常分为初期支护（一次衬砌）和二次支护（二次衬砌）。2

常用的隧道衬砌材料有：混凝土及钢筋混凝土、片石混凝土、料石或混凝土预制块，以及喷射混凝土等。隧道的衬砌结构形式，主要是根据隧道所处的地质地形条件，考虑其结构受力的合理性、施工方法和施工技术水平等因素来确定的。隧道衬砌的构造、形状和尺寸因其用途、地形、地质、施工和结构性能等条件的差异而不同。

常用材料1．石料

(1)石料质量要求。石料应符合设计规定的类别和强度，石质应均匀、耐风化、无裂纹。

(2)石料加工要求。

1)所有料石加工时，外露面四边整齐、棱角方正，拼缝前口要直，尾部略呈斜面。

2)每边向内收口不得大于10mm。

2．砂浆

(1)砂浆中所用水泥、砂、水等材料的质量标准宜符合混凝土工程相应材料的质量标准。砂浆中所用砂，宜采用中砂或粗砂，当缺乏中砂及粗砂时，在适当增加水泥用量的基础上，也可采用细砂。砂的最大粒径，当用于砌筑片石时，不宜超过5mm；当用于砌筑块石、粗料石时，不宜超过2.5mm。如砂的含泥量达不到混凝土用砂的标准，当砂浆强度等级大于或等于M5时，可不超过5%，小于M5时可不超过7%。

(2)石灰水泥砂浆所用生石灰，成分应纯正，煅烧均匀、透彻。一般宜熟化成消石灰粉或石灰膏使用，也可磨细成生石灰粉使用。消石灰粉和石灰膏应通过网筛过滤，并且石灰膏应在沉淀池内储存14d以上。磨细生石灰粉应经4900孔/cm²筛子过筛。3

分类一般说，隧道衬砌可按其结构、功能等划分为各种形式。应根据地质条件和运营要求加以选择。

初砌按构件类型分类①半衬砌：仅由拱圈组成；②无仰拱的衬砌：由拱圈和边墙组成，也称非封闭式衬砌；③有仰拱的衬砌：由拱圈、边墙及仰拱组成，也称封闭式衬砌。

衬砌按功能分类①饰面衬砌；②构造衬砌；③承载衬砌；④特殊承载衬砌。

衬砌按位置分类①洞口段衬砌；②洞身衬砌。1

结构类型隧道衬砌的构造与围岩的地质条件和施工方法密切相关。归纳起来，常用的有以下几种：

(1)整体式混凝土衬砌

是指就地灌注混凝土衬砌，也称模筑混凝土衬砌。模筑衬砌的特点是：对地质条件的适应性强，易于按需要成型，整体性好、抗渗性强，适用于多种施工条件，如可用木模板、钢模板或衬砌台车等，是我国隧道工程中广泛采用的衬砌结构类型。按其边墙的形式，又可分为直墙式和曲墙式两种形式。

(2)装配式衬砌

是指在工厂或现场预先制备成若干构件，运入坑道内，用机械将其拼装成一环接一环的衬砌。这种衬砌的优点是一经装配成环，不需要养护时间，即可承受围岩压力；由于构件是预先在工厂成批生产的，可以保证质量；在洞内采用机械化拼装，缩短了工期，改善了劳动条件；拼装时不需要临时支撑，可节省大量的支撑材料和劳力。但装配式衬砌在实际应用中也存在着一些缺点。如需要坑道内有足够的拼装空间，制备构件尺寸要求一定的精度，接缝多，防水较困难等。基于以上原因，装配式衬砌多用在使用盾构法施工的城市地下铁道中，在我国的铁路和公路隧道中还未能推广应用。

(3)锚喷衬砌

锚喷衬砌是指以锚喷支护作永久衬砌的通称。锚喷支护包括锚杆支护、喷射混凝土支护、喷射混凝土锚杆联合支护、喷射混凝土钢筋网联合支护、喷射混凝土与锚杆及钢筋网联合支护及由上述几种类型支撑（或格栅支撑）组成的联合支护。

锚喷支护是常用的一种围岩支护手段。采用锚喷支护可以充分发挥围岩的自承能力，并有效地利用洞内净空，提高作业效率，并能适应软弱和膨胀性地层中的隧道开挖，以及用于整治塌方和隧道衬砌的裂损。

(4)复合式衬砌

复合式衬砌是指外层用锚喷作初期支护，内层用模筑混凝土或喷射混凝土作二次衬砌的永久结构。初期支护可以采用喷混凝土衬砌和锚杆喷射混凝土衬砌。当岩石条件较差时，也可在喷层中增设钢筋网或型钢拱架，或采用钢纤维喷射混凝主，初期支护的厚度多在5～20cm之间。二次支护常为整体式现浇混凝土衬砌，或喷射混凝土衬砌，其中整体式现浇混凝土衬砌有表面平顺光滑，外观视觉较好，通风阻力较小等优点，适宜于对洞室内环境要求较高的场合。喷射混凝土衬砌工艺简单，省工省时，投资较低，但外观视觉相对较差，通风阻力较大，对洞室环境要求较低时可以使用，否则需另设内衬改善景观和通风条件。

(5)连拱衬砌

连拱隧道是洞室衬砌结构相连的一种特殊双洞结构形式，两隧道之间的岩体用混凝土替代，中间的连接部分通常称为中墙。4

本词条内容贡献者为:

王宁 - 副教授 - 西南大学