隧道及地下工程衬砌主要作用

隧道及地下工程衬砌承重

即承受围岩压力、结构自重、地下水压力以及其他荷载的作用；

隧道及地下工程衬砌围护

即用来防止围岩风化和崩塌，以及防水和防潮等。

衬砌可以采用木材、砖、石、混凝土、钢筋混凝土、喷射混凝土(必要时可再用钢筋网加强)以及铸铁、钢材或其他金属等建筑材料构筑。

根据净空和外形要求以及水文、地质条件的不同，衬砌可以是圆形的、拱顶直墙形的、拱顶曲墙形的和穹顶圆筒墙形的，也有采用椭圆或其他腰圆形和矩形等断面形状及不同的断面尺寸。在软弱地层中，当洞底反力很大时，可以采用带仰拱的衬砌。衬砌厚度取决于隧道或地下结构的跨度和高度，其所承受的围岩压力和其他荷载的大小，以及围岩的变形特点，也与所选用的设计和施工方法有关。根据施工方法的不同，可以将衬砌分为：模筑衬砌、离壁式衬砌、装配式衬砌和喷锚支护等几种形式。

隧道及地下工程衬砌模筑衬砌

采用现场立模灌筑整体混凝土或砌筑砖石，与围岩之间的超挖部分可进行回填和灌浆，使与围岩紧贴。有拱顶半衬砌（边墙不作衬砌）、厚拱薄墙衬砌等几种形式。

隧道及地下工程衬砌离壁式衬砌

衬砌与岩壁相隔离，其间的空隙不回填。为保证结构的稳定性，多数情况都在拱脚处设置水平支撑，使该处衬砌与岩壁互相顶紧。离壁式衬砌也可以做成装配式的，以方便施工。这种衬砌多在稳定或基本稳定的围岩中采用，对防潮要求比较高的各类地下仓库尤为适合。

隧道及地下工程衬砌装配式衬砌

最常用的是圆形管片衬砌，由若干预制好的钢筋混凝土管片或混凝土砌块用拼装机械在隧道中装配而成。管片之间和相邻环管片间的接头多用螺栓连接，如采用砌块接头则多用镶榫错缝嵌合。管片衬砌是配合盾构或其他挖掘机械开挖施工而采用的。装配完成以后，一般要向管片背后压浆，以保证地层的稳定性。除圆形管片衬砌外，装配式衬砌还可以由若干钢筋混凝土构件拼装成各种断面形式。在装配式衬砌的内面，根据结构加固和防水要求，有时再加设一圈现浇的钢筋混凝土内衬，称为复合式衬砌。

隧道及地下工程衬砌喷锚支护

用锚杆喷混凝土或锚杆钢筋网喷混凝土来加固并支护围岩的一种新的衬砌形式。锚杆沿洞周按一定间距布置，深入围岩内相当深度，并用各种方式进行锚固。为增加锚固效果，对锚杆可预施应力。用新奥法施工时，喷锚通常作为一次支护，根据断面收敛的量测信息，在其内圈再整体模筑二次衬砌，也称为复合式衬砌。

当前，隧道衬砌设计和施工的要旨在于尽可能地发挥和利用围岩的自持能力，使衬砌设计更经济合理。衬砌作业是隧道施工的关键工序之一，应考虑其综合机械化和预制装配工业化，进一步提高衬砌质量，并加速施工进度。 2100433B

地下水通过衬砌的薄弱处渗漏入洞内，使衬砌腐蚀、风化及洞内设备锈蚀；寒冷地区的洞内会有挂冰、冰柱及冰锥等出现，使衬砌及洞内设备被冻融破坏。漏水原因可能是衬砌抗渗性差、防水设备不足或失效、衬砌裂损和腐蚀，以及施工原因所产生的衬砌缺陷等，可采用排、堵、截相结合，综合整治，并按具体情况确定其主次。

隧道及地下工程病害和整治排水

最常用的方法是在衬砌内表面开凿沟槽，将水沿边墙引入排水沟内，其工程量小，施工方便；也可钻孔将衬砌背后积水引入洞内水沟排出。

隧道及地下工程病害和整治堵水

若水压不大,漏水孔洞较小时,可用速凝水泥胶浆直接堵塞。若水压和漏水孔洞均较大时，可先插管排水，待管周围砂浆有一定强度后再拔管直接堵塞。大量漏水时，可在衬砌背后注浆形成防渗壳。出水范围较大，有条件时可作结构外防水层，最为有效；其次可作内防水层（见隧道及地下工程防水）。如衬砌损坏，可用防水混凝土更换。如原衬砌接缝未作防水处理或失效而漏水，可重作防水处理。在沉降逢处增设止水带。

隧道及地下工程病害和整治截水

为了防止地表水通过地层渗入洞内，应针对洞顶情况进行整治。如填平洞顶洼地、水塘，疏导流水溪沟，铺砌仰坡等。

指衬砌由于环境因素的作用，而遭受的化学和物理侵蚀。化学侵蚀有：①地下水中有侵蚀物质；②地下建筑中所储存的物质有侵蚀性；③与混凝土直接接触处,有因细菌作用而生成的侵蚀性物质,多见于下水道和污水处理池；④蒸汽机车煤烟中有害气体对混凝土的侵蚀。物理侵蚀有：①冻害；②混凝土集料溶胀；③混凝土机械磨损，如车间、仓库工作上的磨损，蒸汽机车煤烟对衬砌的机械磨损；④混凝土因温度突然大幅度下降而受到的热震；⑤高速水的破坏。上述侵蚀中以地下水的侵蚀最为多见，寒冷地区则容易产生冻害。

隧道及地下工程病害和整治地下水侵蚀的整治

可将地下水排出和在衬砌背面设防蚀层。若在衬砌内面设防蚀层，对来自隧道内的分解性水蚀、烟蚀有防护效果。防蚀层的材料可用各种特种水泥、沥青砂浆或沥青混凝土、树脂类砂浆或混凝土、各种防蚀涂料、镶面块材等。伸缩缝腐蚀的整治，除在缝背排水外、可用油膏和胶油嵌缝，缝口再粘贴氯丁胶板、开卸式塑料止水带或软聚氯乙烯板条封口。对腐蚀深度不大的衬砌，可先抹面再作防蚀层。如腐蚀深度较大，可先模筑防水混凝土再作防蚀层，也可先喷浆或喷混凝土再作防蚀层。当腐蚀面较大时，可成环更换衬砌或用喷混凝土修筑套拱以加固。

隧道及地下工程病害和整治防治冻害

冰冻可能导致衬砌冻融破坏，围岩冻胀引起衬砌变形开裂，排水设施可能堵塞，因挂冰造成净空不足等。可采取以下防治措施：①整治漏水和疏干围岩周围积水；②将衬砌周围冻胀性土更换成透水性强的粗粒土；③在洞口设防寒帘幕；④用膨胀珍珠岩混凝土、膨胀蛭石混凝土、浮石混凝土和加气混凝土等作内衬保温层，或先涂防水水泥再喷涂泡沫绝热层和防火层作成保温层；⑤用电加热器或热排水管加热衬砌；⑥用锚杆安装聚氯乙烯瓦楞板使与衬砌有一定间隙，板上喷涂氨基甲酸乙酯泡沫绝热材料和防火层，隧道漏水可在间隙中流泄而不致冻结；⑦在洞外设锅炉用管道向洞内供热。

隧道及地下工程病害和整治衬砌裂损

是隧道主要病害之一，其危害是：裂缝漏水；地层中若含有害气体时可从裂缝逸出；使隧道净空变小或碎块伤人；衬砌因变形而降低对围岩的支护能力，而使围岩丧失稳定。按裂缝的成因，可分为结构性或非结构性裂缝。前者表示结构整体和局部的稳定和安全因素已受影响,其原因可能是设计不当,施工质量差或其他未预料到的事故。非结构性裂缝的成因，如温度收缩、干缩等。结构性裂缝按其受力性质可分为压裂、拉裂和剪裂性裂缝。应分析裂缝对衬砌稳定性的影响，以决定整治措施,通常有：①加强岩体稳定性,如整治水害、疏干地层以稳定岩体；注浆加固围岩，改善衬砌受力状态；填充或支护衬砌外围的洞穴；锚杆加固岩体；换填软弱的地基层等。②加固或更换衬砌，如向衬砌体内或背部注浆，喷混凝土（视裂损程度确定是否加设钢筋网和锚杆），加设钢拱架或嵌轨，更换衬砌等。

立拱架或模板后修筑的隧道衬砌。模筑衬砌材料能够耐久、耐火和耐冻，并能抵抗化学及大气的侵蚀。

分类和比较　模筑衬砌包括砖石衬砌、片石混凝土衬砌、钢筋混凝土和整体灌筑的混凝土衬砌。

砖石或混凝土预制块衬砌 　它与就地灌筑的整体混凝土衬砌比较，有在砌筑后能立即承受围岩压力，并易于就地取材；但操作多半依靠手工，进度难于提高，且砌缝容易漏水，防水性能较差。各国早期及中国在50年代初期修筑的隧道，均曾大量采用石料衬砌，不过已很少采用。

片石混凝土衬砌 　只有在地质条件较好、围岩压力较小、砂子采集困难、运输不便、又无适当定型石料可用的条件下，才考虑采用；但其劳动生产率低，进度较慢，一般不宜推荐。

钢筋混凝土衬砌 　只在地质条件复杂、围岩压力很大，并出现不对称压力或动荷载作用时应用；在八度及八度以上的地震区，隧道洞口也可采用。对有特殊设计要求，或跨度较大的地下建筑物，宜采用钢筋混凝土衬砌。在围岩压力较大、地质条件较差时，将用作支撑的钢拱架作为骨架留存在混凝土衬砌中比较有利。

整体灌筑混凝土衬砌 ，为模筑衬砌中的一种主要施工方式，在铁路隧道、道路隧道、水工隧洞及其他各类地下建筑工程中均广泛应用。这种模筑衬砌便于机械化施工，其整体性和抗渗性均较好；在全断面开挖时，有利于采用金属模板台车灌筑混凝土。缺点是工序多，施工进度慢，灌筑混凝土后不能立即承受荷载，化学稳定性也较差。