張寶晶 柴 偉

（中國水利水電第九工程有限公司，貴州貴陽550081）

0 引言

水工隧洞是以輸水為目的在地下開鑿而成的建筑物。隨著我國國民經(jīng)濟和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，水工隧洞的建設(shè)取得了舉世矚目的巨大成就。 然而，水工隧洞斷面設(shè)計中襯砌型式的選擇由于沒有嚴格的系統(tǒng)規(guī)范以及施工隊伍施工水平的限制，其型式選擇紛繁多樣，科學(xué)適應(yīng)性差，弊端很多。 因此對水工隧洞斷面設(shè)計中襯砌型式選擇的研究顯得至關(guān)重要！

1 襯砌的型式

需要襯砌的隧洞，可以沿隧洞長度選擇一種或數(shù)種不同型式的襯砌。

襯砌型式大致有以下幾種

1.1 護面襯砌或稱平整襯砌

主要為了減小糙率或防止巖石風(fēng)化而采用，一般用噴漿、噴混凝土或抹水泥砂漿做成，其厚度不經(jīng)計算而視開挖的平整程度按構(gòu)造采用5 一巧厘米。單純?yōu)榱藴p小糙率而采用護面襯砌時常與不襯砌方案進行技術(shù)經(jīng)濟比較。 不襯砌的隧洞雖然省去了襯砌作業(yè)，但需要開挖斷面較大，所以無論造價和工期可能是有利的也可能并不有利。 無壓隧洞為了減小糙率還可以考慮只在過水?dāng)嗝娴牟糠植捎米o面襯砌。還有為了施工方便和適當(dāng)減小平均糙率而只在洞底做襯砌的。

1.2 混凝土襯砌和磚石襯砌

當(dāng)圍巖比較完整不需要配鋼筋抗拉時可采用混凝土襯砌。不論無壓隧洞和有壓隧洞，其襯砌厚度均由計算確定。

1.3 鋼筋混凝土襯砌

當(dāng)隧洞襯砌中的拉應(yīng)力超過混凝土的允許抗拉強度，應(yīng)采用鋼筋混凝土來襯砌。 有壓隧洞或無壓隧洞均可采用鋼筋混凝土襯砌，其厚度與混凝土襯砌一樣由計算確定。

1.4 組合式襯砌

通常分為二層：內(nèi)層或稱內(nèi)圍主要用來保證襯砌不透水和承擔(dān)一部分內(nèi)水壓力， 外圍承擔(dān)巖石壓力并和圍巖一起承擔(dān)余下的內(nèi)水壓力。 外層用混凝土或鋼筋混凝土視強度需要而定，內(nèi)層用鋼絲網(wǎng)噴漿或鋼板也視強度需要而定。國內(nèi)已建的水利水電工程中大都采用內(nèi)層為鋼板外層為混疑土的雙層襯砌，在體形比較復(fù)雜(如分岔口部位)和地質(zhì)條件很差的地段則采用內(nèi)層為鋼板外層為鋼筋混疑土的襯砌。雙層襯砌的內(nèi)外層厚度原則上都由計算確定。組合襯砌型式主要應(yīng)用于高水頭的有壓隧洞。

1.5 裝配式襯砌

用預(yù)制的混凝土或鋼筋混凝土塊拼裝成襯砌環(huán)后用水泥砂漿灌注縫隙作成，一般用于盾構(gòu)法開挖的隧洞或整斷面開挖中要求立即支承圍巖的隧洞。裝配式襯砌的優(yōu)點是：可以在工廠或工場預(yù)先澆制，質(zhì)量較有保證，襯砌為拼裝工作，便于快速施工縮短施工時間。 缺點是：接縫較多，易漏水，從而需要考慮設(shè)置止水和防止接縫可能裂開的措施。

1.6 預(yù)應(yīng)力襯砌

是指預(yù)先使襯砌產(chǎn)生環(huán)向壓應(yīng)力以抵消大部分或一部分內(nèi)水壓力產(chǎn)生的拉應(yīng)力，包括純混凝土的壓漿式預(yù)應(yīng)力襯砌，鋼筋混凝土的拉筋式和鋼箍式預(yù)應(yīng)力襯砌。預(yù)應(yīng)力襯砌主要用于內(nèi)水壓力較高的隧洞中。

1.7 噴錨襯砌

是向圍巖鉆孔插入錨桿并在表面噴混凝土做成，尤其在圍巖需要及時支護的情況下更能顯示它的優(yōu)越性。 近代隧洞在施工時，常在開挖面完成以后，立即采用噴錨襯砌。 如巖石較好，可不再作襯砌，即以噴錨結(jié)構(gòu)作為襯砌，如巖石較差，則仍需另作襯砌。

2 襯砌型式的選擇

襯砌的作用包括:承受巖石壓力；承受內(nèi)水壓力；防止漏水；減小洞壁糙率，防止巖石風(fēng)化；防止高速水流對巖石沖蝕等。施工和運用期間圍巖穩(wěn)定、不坍塌，不漏水，并且允許有較大的水頭損失，則隧洞可以不做襯砌。

2.1 襯砌型式選擇中重要的影響因素

在有壓隧洞襯砌形式選擇中，圍巖有無承擔(dān)內(nèi)水壓力的能力是一個考慮的重要因素。

圍巖是否具有承擔(dān)內(nèi)水壓力的能力， 一般以圍巖地應(yīng)力來判斷，當(dāng)?shù)貞?yīng)力的最小主應(yīng)力大于內(nèi)水壓力時， 圍巖不會產(chǎn)生水力破壞，即圍巖具備承擔(dān)此內(nèi)水壓力的能力。由于目前并非所有工作都進行地應(yīng)力測試，所以在很多情況下，常用隧洞埋深來代替地應(yīng)力的判斷。隧洞圍巖要滿足承擔(dān)內(nèi)水壓力能力的最小厚度D 應(yīng)是：

式中：

rw——水的重度；

rR——圍巖的重度；

H——內(nèi)水壓力水頭；

a——地面坡度。

實際工程中應(yīng)用這一準則時還應(yīng)考慮一定的安全系數(shù)。對于隧洞上部圍巖覆蓋厚度，根據(jù)設(shè)計規(guī)范規(guī)定D)0.4H(H 為內(nèi)水壓力，D 為覆蓋巖層厚度)，如下圖1 所示：

圖1

圖2

圍巖覆蓋厚度的確定，還要根據(jù)圍巖的構(gòu)造情況，對Ⅰ、Ⅱ類圍巖，巖石新鮮或微風(fēng)化巖體，巖層完整性好，覆蓋巖體抗內(nèi)水壓力的上抬作用，不僅靠巖體的自重，還有巖塊間的抗剪作用，即使上覆圍巖厚度不到0.4 倍的水壓力，也能保持穩(wěn)定。 而風(fēng)化破壞較嚴重的Ⅲ、Ⅳ類圍巖。 由于完整性較差，則覆蓋巖層厚度應(yīng)取大于0.4 倍的內(nèi)水壓力的數(shù)值。

2.2 襯砌型式的選擇

襯砌形式的選擇與圍巖條件緊密相連，當(dāng)水工隧洞的內(nèi)水外滲會引起一些嚴重危害(如圍巖失穩(wěn)、邊坡失穩(wěn)、周圍建筑物失穩(wěn)等)時，防滲常常是一個重要因素，另外，隧洞的運行條件、施工方法等也是襯砌形式選擇要考慮的方面。例如，不襯砌及噴錨襯砌的糙率大，運行中產(chǎn)生的水頭損失也大，只適應(yīng)于流速較小的隧洞。 當(dāng)隧洞采用雙護盾掘進機施工時，這種施工方法決定了襯砌形式只能采用預(yù)制鋼筋混凝土管片的裝配式襯砌。

以圍巖條件、隧洞運行條件、防滲要求來選擇襯砌形式的流程如圖2 所示，有時還需進行經(jīng)濟比較后再確定襯砌形式。

3 結(jié)語

本文系統(tǒng)總結(jié)了襯砌的各種型式及其相應(yīng)的優(yōu)缺點、 適應(yīng)范圍，確定了影響襯砌型式選擇的重要因素，得出了以圍巖條件、隧洞運行條件、防滲要求來選擇襯砌形式的流程圖，為之后水工隧洞斷面設(shè)計中襯砌型式選擇提供了依據(jù)。

［1］水工隧洞設(shè)計規(guī)范SD134－84[S].北京：水利電力出版社，1985：1－127.

［2］潘家錚.水工隧洞[M].科技衛(wèi)生出版社，1958.

［3］汪胡禎，顧慰慈.水工隧洞的設(shè)計理論和計算[M].水利水電出版社，19：26－355.