第二節 洞身襯砌

一、襯砌建筑材料

1.素混凝土與鋼筋混凝土

混凝土是目前隧道施工中采用得最廣泛的建筑材料之一。這種材料的主要優點是：整體性好和抗滲性較好，抗壓強度高，既能在現場澆筑，也可以在加工廠預制，而且能采用機械化施工。當在混凝土中摻入外加劑后，可以提高相應的性能。摻入早強劑可以提高混凝土的初期強度；摻入密實性附加劑，可以提高混凝土的密實度，從而提高混凝土的抗滲性和防水性能。此外，還可在混凝土中加入其他的外加劑，如低溫早強劑、常溫早強劑、緩凝劑、減水劑等。但現澆混凝土的缺點是：混凝土澆筑后需一定的養護時間，而不能立即承受荷載。

鋼筋混凝土主要用于洞門、明洞襯砌及地震區，偏壓、通過斷層破碎帶或淤泥、流砂等不良地質地段的隧道襯砌中，其強度等級對于襯砌段不應低于C20，對于洞門不應低于C15。在特殊情況下可采用舊鋼軌或焊接鋼筋骨架進行加強。

2.片石混凝土

片石混凝土主要用于仰拱填充及超挖回填，其他部位不許采用片石混凝土。片石混凝土中的片石要堅硬，嚴禁使用風化片石，片石強度等級不應低于MU40，片石混凝土內片石摻量不應大于總體積的20%。

3.噴射混凝土

噴射混凝土早期強度和密實性均較普通混凝土高，能封閉圍巖的裂隙，盡快地起到支護圍巖的作用。其施工過程全部采用機械化，且不需要模板和拱架，在軟弱、不穩定圍巖中還可與錨桿、鋼筋網等配合使用形成噴錨支護，是一種理想的襯砌材料。

噴射混凝土應優先選用硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥，強度等級采用C20。粗骨料應采用堅硬耐久的碎石或卵石，不得使用堿活性骨料，噴射混凝土中的骨料粒徑不宜大于15mm，骨料宜用連續級配，細骨料應采用堅硬耐久的中砂或粗砂，細度模數宜大于2.5。鋼筋網材料可采用HPB235（Q235）鋼，直徑宜為4～12mm。

噴射鋼纖維混凝土中的鋼纖維宜采用普通碳素鋼制成，鋼纖維可采用方形或圓形斷面，等效直徑宜為0.3～0.5mm，長度宜為20～25mm，并不得大于25mm，抗拉強度不得小于600MPa，并不得有油漬和明顯的銹蝕，摻量宜為混合料重量的3.0%～6.0%。

4.錨桿

錨桿是用機械方法加固圍巖的一種金屬材料，錨桿桿體的直徑宜為16～32mm，桿體材料宜采用HRB335（20MnSi）鋼，錨桿端頭應設墊板，墊板可采用HPB235（Q235）鋼板；砂漿錨桿用的水泥砂漿強度等級不應低于M20。

5.裝配式材料

采用盾構施工時，其襯砌材料往往采用裝配式材料，如鋼筋混凝土預制塊，有加筋肋的鑄鐵預制塊。在修筑棚式明洞時，又可用預制板或預制梁裝配板式棚洞或梁式棚洞。

6.石料

目前隧道施工中已很少使用石料作為襯砌材料，因為石料砌縫多，容易漏水，無法機械化施工，施工進度慢，費時費力。石料主要用于隧道洞門擋墻等。

隧道工程常用的建筑材料，可選用下列強度等級：

（1）混凝土：C15、C20、C25、C30、C40、C50；

（2）噴射混凝土：C20、C25、C30；

（3）片石混凝土：C15、C20；

（4）水泥砂漿：M7.5、M10、M15、M20；

（5）石材：MU40、MU50、MU60、MU80、MU100；

（6）鋼筋：HPB235（Q235）、HRB335（20MnSi）。

隧道襯砌各工程部位所用建筑材料的強度等級應滿足耐久性要求，見表2-2。

修建隧道襯砌的材料應具有足夠的強度和耐久性，在某些環境中，還必須具有抗凍、抗滲、耐侵蝕性。此外，還應滿足就地取材，降低造價，施工方便及易于機械化施工等要求。

二、隧道襯砌結構類型

隧道開挖后，為了避免隧道變形或巖石風化，都需修建支護結構，即襯砌。

根據襯砌的支護方式可分為：外部支護，即從外部支撐著坑道的圍巖，如模筑混凝土整體式襯砌、裝配式襯砌、噴射混凝土襯砌等；內部支護，即對圍巖進行加固以提高其穩定性，如錨桿支護、注漿加固等；混合支護，即采用內部支護與外部支護相結合的方式，如噴錨支護等。

從襯砌施工工藝方面將隧道襯砌的形式分為以下幾類。

1.整體式襯砌

整體式襯砌是指就地灌注混凝土施工襯砌，也稱模筑混凝土襯砌。其施工工藝流程為：立模—灌筑—養護—拆模。模筑襯砌的特點是：對地質條件的適應性強，易于按需要成形，整體性好，抗滲性強，并適用于多種施工條件，如可用木模板、鋼模板或襯砌模板臺車等。

整體式襯砌按照不同的圍巖類別采用不同的襯砌厚度，其形式有直墻式和曲墻式兩種，而曲墻式又分為仰拱和無仰拱兩種。當有較大的偏壓、凍脹力、傾斜的滑動推力或施工中出現大量坍方以及七度以上地震區等情況時，則應根據荷載特點進行個別設計。

（1）直墻式襯砌。這種類型的襯砌適用于地質條件比較好，垂直圍巖壓力為主而水平圍巖壓力較小的情況。主要適用于Ⅰ～Ⅲ級圍巖，在短距離的高級別圍巖相同的Ⅳ級圍巖區段也可采用。襯砌由上部拱圈、兩側豎直邊墻和下部鋪底三部分組合而成。圖2-8為時速160km/h及以下鐵路隧道Ⅲ級圍巖整體直墻式襯砌標準圖，拱部內輪廓線系由三心圓曲線組成。

（2）曲墻式襯砌。曲墻式襯砌適用于地質較差，有較大水平圍巖壓力的情況。主要適用于Ⅳ級及以上的圍巖，Ⅲ級圍巖雙線。多線隧道也采用曲墻有仰拱的襯砌。它由頂部拱圈、側面曲邊墻和底板（或鋪底）組成。除在Ⅳ級圍巖無地下水，且基礎不產生沉降的情況下可不設仰拱，只做平鋪底外，一般均設仰拱，以抵御底部的圍巖壓力和防止襯砌沉降，并使襯砌形成一個環狀的封閉整體結構，以提高襯砌的承載能力，圖2-9為時速160km/h及以下鐵路隧道Ⅴ級圍巖整體曲墻式襯砌標準圖，其內部輪廓線由五心圓曲線組成。

2.裝配式襯砌

裝配式襯砌是構件在現場或工廠預制，然后將構件運進坑道內再進行拼裝成一環接著一環的襯砌。其特點是襯砌拼裝后能夠立即受力，便于機械化施工，改善勞動條件，節省勞力。目前多在盾構法施工的隧道內使用。

3.噴錨支護

噴錨支護常用的材料和結構形式有噴射混凝土（有時加鋼筋網或鋼纖維）、錨桿和鋼拱架。一般可根據地質條件和結構形式的變化組合使用。如圖2-10所示。

（1）噴射混凝土。噴射混凝土是以壓縮空氣為動力，將摻有速凝劑的混凝土拌合料與水合成為漿狀，噴射到坑道的巖壁上凝結而成的。噴射混凝土分為干噴、潮噴、濕噴三種，以濕噴工藝較優。

（2）錨桿或錨索。錨桿或錨索是用金屬或其他抗拉強度較高的材料制成的一種桿狀構件，并使用某些機械裝置或黏結介質，將其安設在隧道及地下工程的圍巖體中或其他工程結構體中，利用桿端錨頭的膨脹作用，或利用灌漿黏結，增加巖體的強度和抗變形能力，從而提高圍巖的自穩能力。

4.復合式襯砌

復合式襯砌是由兩層或兩層以上的襯砌組成。目前主要采用內外兩層襯砌，即初期支護及二次襯砌。如圖2-11所示。

目前初期支護多采用噴錨支護，二次襯砌多采用模筑混凝土襯砌。就是先在開挖好的洞壁表面噴射一層早強混凝土，凝固后形成薄層柔性支護結構，它既能容許圍巖有一定的變形，又能限制圍巖產生有害變形。其厚度在5～20cm。待初期支護與圍巖變形基本穩定后再施做二次襯砌，一般為就地灌注混凝土襯砌，為了防止地下水流入或滲入隧道內，可以在初襯與二襯之間敷設防水層。

復合式襯砌可以滿足初期支護施做及時、剛度小易于變形的要求，且與圍巖密貼，從而能保護和加固圍巖。二次襯砌完成后，襯砌內表面光滑平整，可以防止外層風化，裝飾內壁，增強安全感，所以復合式襯砌是一種較為理想的結構型式，在工程中廣泛應用。