隧道二次衬砌基本知识

摘 要：二次衬砌和初期支护相对而言，指在隧道已经进行初期支护的条件下，用混凝土等材料修建的内层衬砌，以达到加固支护、优化路线防排水系统、美化外观、方便设置通讯、照明、监测等设施的作用，以适应现代化高速道路隧道建设的要求。由于隧道施工条件和施工环境的限制,隧道内二衬防水混凝土施工相比露天混凝土施工难度更大。

主要作用

二次衬砌的作用因围岩的不同级别而异，对于Ⅰ级稳定的坚硬围岩，因围岩和初期支护的变形很小，且很快趋于稳定，故二次衬砌基本上不承受围岩压力，其主要作用是防水和安全储备，平整的衬砌表面也利于通风和美观；对于Ⅱ级基本稳定的硬质围岩，虽然围岩和初期支护的变形很小，二次衬砌承受的围岩压力不大，但考虑到隧道在长期的运营期间锚杆钢筋锈蚀，围岩松弛区逐渐压密，初期支护质量不稳定等因素，故施作二次衬砌以增加支护衬砌的安全度；对于Ⅲ-Ⅴ级围岩，由于岩体的软弱破碎，以及流变、膨胀压力、地下水等作用，或由于浅埋、偏压及施工等原因，围岩的自稳能力很差，仅仅依靠初期支护不足以抑制围岩变形的发展，这时施作的二次衬砌将承受较大部分的后期围岩形变压力。

基本要求

1、初期支护与二次衬砌之间的密贴程度对复合式衬砌受力状态会产生影响。当支护与衬砌间有空隙，尤其拱顶灌注混凝土不密实时，会使拱部围岩压力呈马鞍形分布，即拱顶小而拱腰大，甚至在拱顶附近出现衬砌外侧受拉。

2、支护与衬砌两层紧密粘结在一起时，两层间能传递径向力和切向力，可按整体结构验算。两层间设有防水层时，按组合结构验算，只传递径向荷载。

3、为防止洞内漏水，设计时应对二次衬砌的变形予以控制。

4、支护与衬砌间如有空隙应回填密实。

二次衬砌的计算

由于复合式衬砌分层施作，应考虑时间效应，可考虑按粘弹塑性有限元法进行计算；也可运用弹塑性理论或特征曲线法近似计算复合式衬砌；也可以参考我国根据围岩压力现场量测数据和模型试验结果以及国内外有关资料采取的复合式衬砌设计：对Ⅱ-Ⅴ级围岩，以30%-50%的围岩压力作为二次衬砌的外荷载，按荷载—结构模型进行计算。需要指出，由于对二次衬砌的受力机理的研究认识还不够深入，加之围岩的地质条件千变万化，进行二次衬砌精确的计算是困难的，应提倡运用简便而实用的计算方法。对于地质条件复杂的软弱围岩，应将上述几种方法的二次衬砌计算结果进行比较，确定一种合理简便的计算方法。

二次衬砌施做时间的确定

对于具有较好自稳性能的围岩，应在围岩和初期支护变形基本稳定后施作二次衬砌，并应具备以下条件：

1、隧道周边的位移速率有明显减缓趋势。

2、在拱脚以上1 m和边墙中部的位移速度小于0.1-0.2 mm/d，或拱顶下沉速度小于0.07-0.15 mm/d。

3、施作二次衬砌前的位移值应达到总位移值的80%-90%。

4、初期支护的表面裂缝不再继续发展。

5、当采取一定措施仍难以符合上述条件时，可提前施作二次衬砌，且应予加强。

对于较短的隧道且围岩的自稳性能较好时，为减少各工序间的干扰，可在整个隧道贯通后再施作二次衬砌。

加强二次衬砌的措施

对于由于地质条件复杂，围岩的自稳性能较差，或在浅埋、偏压、膨胀性围岩的情况下，当围岩和初期支护的变形尚未稳定而需要提前施作二次衬砌，此时二次衬砌承受较大的围岩压力，因此需要采取以下措施加强二次衬砌：

（1）改变衬砌的形状，以适应围岩压力，减少衬砌弯矩，使衬砌断面基本受压。

（2）提高混凝土标号，或采用钢筋混凝土、钢纤维混凝土等能提高抗弯曲强度的材料。

（3）施作仰拱使衬砌形成封闭结构，以提高结构的整体刚度，减小围岩变形。

（4）采用超前支护、注浆加固围岩等措施，以增加岩体强度，提高围岩整体稳定性。