西南交大隧道施工第一次作业——单层衬砌在中国应用现状

1、隧道与地下工程施工方法课程作业1-单层衬砌在中国应用现状姓 名： * 学 号： * 学 院： 土木工程学院 专 业： 桥梁与隧道工程 任课教师： 申玉生、刘大刚教授 二一五年五月二十日目 录1单层衬砌的概念22单层衬砌的结构形式33在中国应用研究现状54总结6参考文献6单层衬砌在中国应用现状1 单层衬砌的概念单层衬砌是一个古老的、传统的技术，不过近几十年来由于技术的发展和进步，而赋予了新的内容。在复合式衬砌出现之前，我们采用的就是单层衬砌，但当时的单层衬砌由于技术条件的限制，主要是由模筑混凝土衬砌加上背后的压浆构成，这种衬砌目前称为整体式衬砌1。本文所研究的单层衬砌是一个力学概念的反映，即不设

2、隔离层衬砌的总称，其力学动态是一体的。文献1中是这样定义的“由单层或多层混凝土构成的支护体系，支护层与衬砌层是一体的，各层间能够充分传递剪力的支护体系，称为单层衬砌。”还有一种说法叫“单层衬砌施工法”，即开挖后立即施作喷混凝层以支护开挖洞室，并根据围岩级别设置必要的支护构件，如钢筋、锚杆和钢拱架等，过一段时间之后再喷上起衬砌作用的喷混凝土层2。为避免单层衬砌与喷锚衬砌的概念混淆，张俊儒博士等在总结前人成果的基础上，对单层衬砌作出了这样的定义在取消隔离层的前提下，洞室开挖后立即喷射一层具有防水性能的混凝土，并根据围岩级别设置必要的支护构件，如锚杆、钢拱架等，然后根据耐久性及平整度的要求，再施作喷

3、射或模筑一层或多层混凝土，构成层间具有很强粘接力并可充分传递剪力的支护体系3，。单层衬砌的基本构造如图1-1所示，它与复合式衬砌本质的区别就是各支护层间不设置隔离层，通过各混凝土层间径向和纵向上的抗滑移性，使得各混凝土层形成共同承载体系。为了达到后施作的混凝土层同先喷混凝土共同作用的目的，通过使之粘接成可产生共同作用的支承拱，在施作后续混凝土层之前，对暴露很久己被污染的喷混凝土表面必须采取相应措施高压水束或砂束进行处理。这样一方面可减少水化热的产生，另一方面收缩变形也发生在各层之间，避免支护结构的开裂。图1-1 单层衬砌概念图单层衬砌与复合式衬砌本质的区别就是各支护层间不设置防水板，其承载机理

4、是通过各混凝土层间径向和纵向上的抗滑移性，使得各混凝土层形成共同承载体系。近似地，可以把单层衬砌结构看作“组合梁”来分析其力学特性相反地，在复合式衬砌中，由于防水板的存在，在初期支护和二次衬砌之间不传递剪力，其结构类似于“叠合梁”的力学行为，如图1-2所示。这样，在同等程度荷载条件下，单层衬砌比复合式衬砌产生的内力要小，所以可适当减薄衬砌厚度，同时也减少了开挖量和衬砌污工量，节约投资4。而且取消了防水板，取而代之的是耐水性很好的防水混凝土喷层，施工操作方便，可保证防水质量，有利于缩短工期。所以对单层衬砌的深入研究不仅有很高的理论价值，而且在工程实践中也可创造巨大的经济效。图1-2 衬砌的承载机

5、理2 单层衬砌的结构形式单层衬砌结构形式是随着喷射混凝上技术的出现而不断发展和完善起来的，特别是湿喷技术的出现以及喷射钢纤维混凝土在隧道工程中的应用，使得隧道工程师们成功地解决了喷混凝土的防裂和耐久性问题，为单层衬砌的发展创造了良好的条件5。最早的单层衬砌结构形式主要是单层喷射混凝土加锚杆构成的支护体系，后来逐渐发展出现了两层或多层的喷射混凝土构造，在瑞士费尔艾那隧道的第二工区，就采用了三层喷射混凝土的合成构造，其支护形式见表2-1所示1，。表2-2为德国建议的单层衬砌的构造形式1，表2-3为挪威法中根据系统设计的单层衬砌结构形式6。国内的昆石高速公路小团山隧道行车横洞、汕头液化石油气储库工程

6、等都是根据挪威法设计的。表2-1 费尔艾那隧道的单层衬砌的结构形式表2-2 德国建议的单层衬砌的构造形式表2-3 挪威法的单层衬砌类型可以看出，国内外单层衬砌的构成，多数是采用锚杆及喷混凝土或钢纤维喷混凝土，而且单层衬砌对喷混凝土性能的要求是比较严格的。实际上，衬砌结构的组成形式，要根据洞室处的地质条件和水文状况所反映出的围岩稳定性，以及单层衬砌的力学机理，并结合洞室的不同使用用途来决定，所以单层衬砌的结构形式还需要进一步完善。3 在中国应用研究现状在国内，上世纪六十年代在成昆铁路围岩较好的短隧道中，就成功地采用了喷射混凝土加锚杆的单层衬砌，使用至今，情况基本良好；上世纪七十年代在下坑隧道（属

7、软岩隧道）试做了单层衬砌数十米，当时由于技术水平和材质所限，发生了裂缝和漏水情况7；年在汕头液化石油气储库工程中在硬岩地段广泛采用了挪威法，效果良好8；年在武合高速铁路大别山隧道二号斜井也进行了单层衬砌试验；最近几年在一些水电站引水隧洞和地下发电厂房工程中，在坚硬的岩质围岩地段也采用了湿喷钢纤维混凝土做单层衬砌；单层衬砌项目的另一依托工程南涪二级公路关长山隧道现已竣工通车，并且运营良好。表3-1为国内外部分隧道及地下工程使用单层衬砌情况一览表。表3-1 国内外部分隧道使用单层衬砌情况一览表4 总结西部地区公路交通基础设施落后，严重制约着社会经济的发展，尤其受桥隧结构物工程造价高的制约，山区公路

8、选择路线方案尽可避免隧道工程，致使路线标准等级低，抵抗自然灾害的能力差。通过本课题的研究，能够在适合条件下可大幅度降低隧道工程的造价，为我国低造价山区公路隧道工程提供更经济合理的结构形式，在西部地区农村公路建设中具有广泛的推广应用前景。参考文献1 关宝树.隧道工程设计要点集【M.北京:人民交通出版社.20032 王彬译.对采用单层喷混凝土衬砌的隧道施工的几点看法J.世界隧道.1995.(2):85-863 张俊儒，仇文革.隧道单层衬砌研究现状及评述J.地下空间与工程学报.2006.2(4):693-6994 Jpan Tunnelling Association. Single-shell In-situ concrete tunnel lining:Expe-545 王建宇.隧道工程的技术进步M1.北京:中国铁道出版社.2004年.6 静天文，江玉生，李晓.公路隧道围