大学教育问题学习资料A2-2-1 支护的构造
前已述及，围岩是天然结构部分，也是主体部分；支护是人工结构部分，也是辅助部分。隧道支护 结构的构造与围岩的地质条件、隧道结构条件和隧道施工条件密切相关。隧道工程中常将 人工修筑的隧
道支护结构称为“衬砌”不同条件下，衬砌的构造也不尽相同。 一般将人工支护结构分为单层衬砌、
复合衬砌和拼装衬砌三种结构类型。本章主要介绍人工支护结构以及附属设施的构造。
所有人工支护结构一一衬砌的断面形状（弧度）和厚度，都是按照“成拱作用原理”和“结构受力 条件”设计的，其净空大小则是按照建筑限界要求设计的。这是隧道支护结构设计的基本思路。
一、单层衬砌
单层衬砌是在隧道内架立模板架和模板，然后浇灌混凝土而成。它是作为永久性支护结构，从外部 支撑围岩的。单层衬砌是按传统松弛荷载理论设计的，其结构层次单一、直观、易于理解和施作，在 20
世纪90年代以前的隧道工程中应用较多。 但其形状（弧度）和厚度比较复杂，变化较多， 受力不太合
理，经济性也较差，现在 已经很少使用。
由于单层衬砌主要是通过调整衬砌断面形状（弧度）和厚度来适应不同的围岩级别和围岩压力分布 情况的，因而，单层衬砌的形状（弧度）和厚度变化较多。就形状而言，单层衬砌常分为“ 直墙式衬砌”
和“曲墙式衬砌”两种形式；就厚度而言，单层衬砌厚度少则 40〜60cm,厚的则可达到100cm以上。
1、直墙式衬砌
在地质条件比较好的H、川级围岩情况下，岩体坚硬完整，围岩压力以竖向为主，水平侧向压力较 小时，可采用直墙式衬砌。从横断面上来看， 直墙式衬砌由上部拱圈、两侧直边墙和下部底板（公路习
惯称为调平层）三部分组合而成， 如图2-1所示。整个结构在下部是敞口的，并不闭合。仅在底部以素 混凝土铺底形成底板（调平层），以便铺设轨道或路面。
磷酸氢镁上部拱圈以大小不等的半径分别作成三段圆形弧线，正中约 90°范围内用较小的半径，两边用较大 的半径，总体看来其矢跨比较大。早年为了施工方便，上部拱圈多采用半圆形。但有不少拱圈出现内缘 开裂现象，为改善结构受力状况，后改为尖拱。
拱圈是等厚的，所以外弧的半径是各自增加了一个拱圈厚度的尺寸。由于它们是同心圆弧，所以内 外半径的圆心是重合的。两侧边墙是与拱圈等厚的竖直墙，与拱圈平齐衔接。因洞内一侧设有排水沟， 所以有水沟一侧的边墙要深一些。
在地质条件较好，侧压力不大，但又不宜采用半衬砌时，为了节省边墙圬工，可以简化边墙。简化 的方法有两种，一种是降低边墙建筑材料的等级，如将混凝土边墙改为石砌边墙。
另一种是采用柱式边 墙或连拱式边墙，统称为 花边墙。柱式边墙是作成一排均匀间隔的立柱，其间是孔洞，立柱的高度一般 不宜小于3m柱间间隔不宜大于3m连拱墙作成带支墩的连拱形式，支墩的纵向尺寸不小于 2m墙上拱
形孔洞的纵向跨度不宜大于 5m墙拱顶至拱圈起拱线的高度距离不宜小于 100cm。
在地质条件更好，岩层坚硬完整也没有地下水侵入的情况下，边墙部位围岩水平侧压力很小，可省 去两侧边墙衬砌，只设上部拱圈衬砌，称之为 半衬砌。此时，为了保证洞壁岩体有足够能力以支承拱圈
衬砌传来的压力，在洞壁顶上应留有 15〜20cm的平台。如不设边墙，则应把两侧岩壁表面喷浆敷面，
以保护岩面不受风化作用的剥蚀，也可以阻止少量地下水的渗透。
2、曲墙式衬砌
如图2-2所示。在地质比较差的川〜V级围岩情况下，岩体松散破碎，围岩压力比较大，又有地下 水，可采用曲墙式衬砌。
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图2-2 曲墙式衬砌（铁路单线，单位 cm）
曲墙式衬砌由 上部拱圈、两侧曲边墙 和下部仰拱（或底板）组合而成。上部拱圈的内轮廓与直边墙 衬砌的一样，但拱圈截面厚度是变化的， 拱顶处薄而拱脚处厚。 因而不但拱部的外弧与内弧的半径不同， 而且它们各自的圆心位置也是相互不重合的。侧墙内轮廓也是一段圆弧，半径较大；侧墙外轮廓上段也 是一个圆弧，但半径更大，其下段变为直线形，稍稍向内偏斜。
对于"〜V级围岩，有地下水，可能会产生基础下沉的情况，则必须设置仰拱，且曲墙底面应予加 宽（厚度），以抵抗上鼓力，防止结构整体下沉。仰拱是用另一个半径做出的弧段。在server 2003V〜W级围岩， 且有地下水时， 竖向压力和水平压力都很大， 上臌力较大时， 则衬砌宜设成近圆形 （蛋形） 或圆形断面。 在川〜W职业中专级围岩，无地下水，基础不产生沉陷的情况下，无上臌力时，可以不设仰拱，只设底板。
二、复合衬砌
复合衬砌是由初期支护和内层衬砌组成。 因此，复合衬砌对不同地层条件的适应性很强，
而且其形 状（弧度）简单，内层衬砌厚度变化较少（多为等厚 30〜贝尔不等式50cm）,在20针刺事件世纪90年代以后已在各类隧道
工程中广泛使用。
初期支护是现代隧道工程中帮助围岩获得稳定的基本手段。 由于复合衬砌主要是采用喷射砼和锚杆
作为基本组合形式,并通过调整初期支护参数来适应围岩级别以及围岩松弛范围和松弛程度变化的,所 以,初期支护层次较多,变化较多,施作工艺比较复杂。
内层衬砌主要作为安全储备,用于承受后期围岩压力。考虑到隧道投入使用后的服务年限很长久, 满足承受后期围岩压力、降低洞内空气阻力、满足洞内功能性构造要求和美观要求,和保证隧道在服务 过程中的稳定、耐久,因此现代隧道工程中一般均设计有内层衬砌。内层衬砌有多种材料和构造形式, 但以就地模筑混凝土或钢筋混凝土为主,也有采用拼装式钢筋混凝土作为内层衬砌的,内层衬砌多采用 等厚度截面,变化较少,构造较简单。
（一）复合衬砌的构造及优缺点
1、复合衬砌的构造 复合衬砌不同于单层衬砌,它是把支护结构分成多层,在不同的时间先后施作的。顾名思义,它可 以是两层、三层或更多的层,但目前一般将其分为“ 初期支护 ”和“ 二次衬砌 ”两部分。如图 2-3、4 所示。
图2-3-a 复合衬砌（铁路单线，单位 cm）
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