隧道二次襯砌基本知識

二次襯砌和初期支護相對而言，指在隧道已經(jīng)進行初期支護的條件下，用混凝土等材料修建的內(nèi)層襯砌，以達到加固支護、優(yōu)化路線防排水系統(tǒng)、美化外觀、方便設(shè)置通訊、照明、監(jiān)測等設(shè)施的作用，以適應(yīng)現(xiàn)代化高速道路隧道建設(shè)的要求。由于隧道施工條件和施工環(huán)境的限制,隧道內(nèi)二襯防水混凝土施工相比露天混凝土施工難度更大。

一、主要作用

二次襯砌的作用因圍巖的不同別而異，對于Ⅰ穩(wěn)定的堅硬圍巖，因圍巖和初期支護的變形很小，且很快趨于穩(wěn)定，故二次襯砌基本上不承受圍巖壓力，其主要作用是防水和安儲備，平整的襯砌表面也利于通風和美觀；對于Ⅱ基本穩(wěn)定的硬質(zhì)圍巖，雖然圍巖和初期支護的變形很小，二次襯砌承受的圍巖壓力不大，但考慮到隧道在長期的運營期間錨桿鋼筋銹蝕，圍巖松弛區(qū)逐漸壓密，初期支護質(zhì)量不穩(wěn)定等因素，故施作二次襯砌以增加支護襯砌的安度；對于Ⅲ-Ⅴ圍巖，由于巖體的軟弱破碎，以及流變、膨脹壓力、地下水等作用，或由于淺埋、偏壓及施工等原因，圍巖的自穩(wěn)能力很差，僅僅依靠初期支護不足以抑制圍巖變形的發(fā)展，這時施作的二次襯砌將承受較大部分的后期圍巖形變壓力。

二、基本要求

1、初期支護與二次襯砌之間的密貼程度對復(fù)合式襯砌受力狀態(tài)會產(chǎn)生影響。當支護與襯砌間有空隙，尤其拱頂灌注混凝土不密實時，會使拱部圍巖壓力呈馬鞍形分布，即拱頂小而拱腰大，甚至在拱頂附近出現(xiàn)襯砌外側(cè)受拉。

2、支護與襯砌兩層緊密粘結(jié)在起時，兩層間能傳遞徑向力和切向力，可按整體結(jié)構(gòu)驗算。兩層間設(shè)有防水層時，按組合結(jié)構(gòu)驗算，只傳遞徑向荷載。

3、為防止洞內(nèi)漏水，設(shè)計時應(yīng)對二次襯砌的變形予以控制。

4、支護與襯砌間如有空隙應(yīng)回填密實。

三、二次襯砌的計算

由于復(fù)合式襯砌分層施作，應(yīng)考慮時間應(yīng)，可考慮按粘彈塑性有限元法進行計算；也可運用彈塑性理論或征曲線法近似計算復(fù)合式襯砌；也可以參考我根據(jù)圍巖壓力現(xiàn)場量測數(shù)據(jù)和模型試驗結(jié)果以及內(nèi)外有關(guān)資料采取的復(fù)合式襯砌設(shè)計：對Ⅱ-Ⅴ圍巖，以30%-50%的圍巖壓力作為二次襯砌的外荷載，按荷載—結(jié)構(gòu)模型進行計算。需要指出，由于對二次襯砌的受力機理的研究認識還不夠深入，加之圍巖的地質(zhì)條件千變?nèi)f化，進行二次襯砌精確的計算是困難的，應(yīng)提倡運用簡便而實用的計算方法。對于地質(zhì)條件復(fù)雜的軟弱圍巖，應(yīng)將上述幾種方法的二次襯砌計算結(jié)果進行比較，確定種合理簡便的計算方法。

四、二次襯砌施做時間的確定

對于具有較好自穩(wěn)性能的圍巖，應(yīng)在圍巖和初期支護變形基本穩(wěn)定后施作二次襯砌，并應(yīng)具備以下條件：

1、隧道周邊的位移速率有明顯減緩趨勢。

2、在拱腳以上1 m和邊墻中部的位移速度小于0.1-0.2 mm/d，或拱頂下沉速度小于0.07-0.15 mm/d。

3、施作二次襯砌前的位移值應(yīng)達到總位移值的80%-90%。

4、初期支護的表面裂縫不再繼續(xù)發(fā)展。

5、當采取定措施仍難以符合上述條件時，可提前施作二次襯砌，且應(yīng)予加強。

對于較短的隧道且圍巖的自穩(wěn)性能較好時，為減少各工序間的干擾，可在整個隧道貫通后再施作二次襯砌。

五、加強二次襯砌的措施

對于由于地質(zhì)條件復(fù)雜，圍巖的自穩(wěn)性能較差，或在淺埋、偏壓、膨脹性圍巖的情況下，當圍巖和初期支護的變形尚未穩(wěn)定而需要提前施作二次襯砌，此時二次襯砌承受較大的圍巖壓力，因此需要采取以下措施加強二次襯砌：

（1）改變襯砌的形狀，以適應(yīng)圍巖壓力，減少襯砌彎矩，使襯砌斷面基本受壓。

（2）提高混凝土標號，或采用鋼筋混凝土、鋼纖維混凝土等能提高抗彎曲強度的材料。

（3）施作仰拱使襯砌形成封閉結(jié)構(gòu)，以提高結(jié)構(gòu)的整體剛度，減小圍巖變形。

（4）采用超前支護、注漿加固圍巖等措施，以增加巖體強度，提高圍巖整體穩(wěn)定性。