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摘 要：复合衬砌是用锚喷支护作初期支护，针对于二次衬砌的一种组合衬砌结构即模筑混凝土作（二层间可根据需要设置防水层）。文章阐述了隧洞复合衬砌结构设计的研究现状，并对隧洞复合衬砌结构的设计方法做了简要介绍，包括初期支护及二次衬砌的设计方法。
关键词：复合衬砌；初期支护；二次衬砌
中图分类号：TU311 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）12-0141-01
复合衬砌是用锚喷支护作初期支护，模筑混凝土作二次衬砌的一种组合衬砌结构（二层间可根据需要设置防水层）。由于其理论先进、技术合理，大大加快了施工进度，降低了工程造价，因此近几年在国内外的地下工程中得到了广泛的应用。对于水工隧洞结构设计，《水工隧洞设计规范》SL279-2004中明确规定：当围岩条件较差，衬砌需要的厚度过大时，可采用外层为混凝土或钢筋混凝土、内层为锚喷支护（必要时可配置钢支撑）的组合式双层衬砌，即复合衬砌。
1 隧洞复合衬砌结构设计研究现状
目前，国内对复合式衬砌结构中的二次衬砌设计大多是通过工程类比结合一定的结构计算分析综合确定。复合式衬砌结构形式特殊，受力状态复杂。在设计时，可以认为全部荷载都由二次衬砌承受，而初期支护仅是施工阶段的临时支护，不考虑承载；也可以认为初期支护和二次衬砌联合承载，即初期支护和二次衬砌分别承担一定比例的荷载。无论是初次支护还是二次衬砌，其承担的荷载大小都与其刚度成正比的，但过分增大初期支护或二次衬砌的刚度也是不经济的。因此，在进行复合衬砌结构设计时，需要结合工程实际，既要满足到结构安全性要求，又需考虑结构经济性要求。
2 隧洞复合衬砌结构设计方法
复合衬砌结构设计、施工是以新奥法为基础的。新奥法（New Austrian Tunnelling Method）是20世纪50年代奥地利学者Rabcewiz教授等一大批学者和工程技术人员在长期工程经验的基础上创立并于1962年正式命名的一种隧洞工程方法。它的创立，给隧洞工程实践的科学化和技术经济的合理化带来了根本性变革，因其工艺简单，结构可靠和造价低廉等特点而引起隧洞工程界的重视，并已在世界各地的矿山、铁道、水工隧洞、军事工程洞库或其它地下建筑工程中推广应用。
2.1 复合衬砌结构初期支护设计方法
初期支护一般指锚杆喷射混凝土支护，必要时配合使用钢筋网和钢拱架。目前，国内锚喷支护的设计规范有明确规定，锚喷支护应以工程类比法为主，监控量测法和理论验算法为辅来进行设计。
2.1.1 工程类比设计的原则
工程类比法分为直接对比法和间接类比法。直接对比法是将设计的工程与条件基本相同的已建工程进行对比以确定锚喷支护的类型和参数。间接类比法是按照锚喷支护技术的现行规范，参照围岩级别表及锚喷支护设计参数将拟建工程的锚喷支护类型及参数确定出来。
初期支护工程类比设计应遵循以下原则：
①根据大量锚喷工程实践经验确定的锚喷支护设计参数表是以工程实例为基础，进行全面综合的分析，按照围岩级别与洞跨确定相应支护类型及参数；②根据不同围岩不同的压力特点，对不同部位的拱、墙采用相应的的支护参数；③根据岩体和部位的不同的分别采用不同的支护类型与参数。力求体现锚喷支护灵活性及围岩局部破坏局部加固、整体加固与局部加强的等强度支护原则。根据锚喷支护现行规范参数表，参考同一级的围岩级别和洞跨相应的锚喷支护类型和参数；④锚喷支护参数表中，虽然表中给出的支护参数是根据工程类比确定的，但最终要借助于监控设计和理论设计来确定最终支护参数；⑤根据工程的不同而适当调整。对一般工程宜采用支护参数表中的下限值而重要工程则要采用上限值；⑥支护参数依据锚喷支护设计参数表和有关条文共同进行确定。
2.1.2 锚喷支护的类型及参数
锚喷支护参数应既包括支护类型、支护参数，又包括开挖方式，仰拱施作时间和最终支护时间等。锚喷支护参数表中也只给出了锚喷支护类型和参数。确定锚喷支护类型与参数时，应遵循如下原则：
①对拱墙根据围岩压力的特点的不同采用相应的支护参数；②根据岩体和围岩的不同及其部位的不同采用相应的支护类型和参数。体现出使用锚喷支护类型的灵活性及允许进行局部加固围岩等特点；③虽然锚喷支护参数表中的锚喷支护参数是根据工程类比确定的，但最终支护参数的确定需要时还应借助监控设计与理论设计；④锚喷支护表中的锚喷参数，一般是本部门将以往修建工程的设计参数经统计分析后确定的。
2.2 复合衬砌结构二次支护设计方法
2.2.1 二次衬砌的主要作用
在复合衬砌结构中，二次衬砌随围岩等级不同而作用不同：
①对于级稳定硬质围岩，由于围岩和初期支护变形较小且迅速趋于稳定，因此二次衬砌的主要作用是通风、防水以及修饰面层而并不承受围岩压力；②对于级基本稳定硬质围岩，虽然初期支护和围岩变形较小且围岩压力较小，但考虑到运营后洞室容易产生的一些问题，一般以二次衬砌来加强支护衬砌的安全性；③对于级围岩，由于岩体流变、地下水等作用及施工中偏压、浅埋等原因，在围岩变形趋于基本稳定之前施作二次衬砌，此时的衬砌承受着较大的后期围岩形变所产生的压力。
2.2.2 二次衬砌结构设计
①设计基本要求：初期支护与二次衬砌的密贴程度，对复合式衬砌受力状态有较大影响。当支护与衬砌紧密粘结时，两层间传递径向力及切向力，按整体结构进行验算，当支护与衬砌之间设有防水层时，按组合结构进行验算；设计时应对二次衬砌的变形予以控制，以防洞内漏水；两层间空隙部分应回填密实；②二次衬砌的计算：针对地质条件复杂的软弱围岩，为了确定出更为简便合理的计算方法，通常在进行二次衬砌计算时，将上述几种方法的结果进行比较来加以确定；③二次衬砌施作时间的确定：二次衬砌在初期支护以及围岩变形基本稳定后采用模筑混凝土施作，并应具备下述条件：洞室周边位移明显减缓，边墙中部附近以及拱脚1 m以上的位移速度小于0.1～0.2 mm/d，或拱顶下沉速度小于0.07～0.15 mm/d；二次衬砌施作前的位移值，应达到总位移值的80%～90%，对于可提前施作二次衬砌，且应予加强；对于围岩自稳性较好且洞室较短的，应在整个洞室贯通后再作二次衬砌用以减少各工序间的干扰；④加强二次衬砌的措施：在不良地质地段和偏压、浅埋、膨胀性围岩条件下施作的二次衬砌，以及初期支护和围岩还未达到基本稳定而提前施作的二次衬砌，均要承受较大的围岩压力，为了加强二次衬砌，故要求采取以下措施：提高混凝土标号，或采用抗弯曲强度高的材料；改变衬砌形状，减少衬砌弯矩，使衬砌断面基本受压；采用注浆加固地层，超前支护等措施，增加岩体强度以及围岩整体稳定性；修建仰拱使衬砌形成封闭结构，提高结构的整体刚度，并减少围岩变形。
3 结 语
复合衬砌技术合理且理论先进，在提高衬砌承载力的同时，能充分发挥围岩自承能力，且很好地加快了施工进度，从而实现了工程造价的降低。在今后的复合衬砌结构设计时，我们应该结合工程实际，做出既满足结构安全性要求，又能满足经济性要求的衬砌结构设计。
参考文献：
[1] SL 575-2012，中华人民共和国水利行业标准[S].
[2] 邓文龙，王飞.隧道复合式衬砌荷载结构法计算方法的探讨[J].山西建筑，2012，（7）.
[3] SL 279-2002，水工隧洞设计规范[S].
关键词：复合衬砌；初期支护；二次衬砌
中图分类号：TU311 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）12-0141-01
复合衬砌是用锚喷支护作初期支护，模筑混凝土作二次衬砌的一种组合衬砌结构（二层间可根据需要设置防水层）。由于其理论先进、技术合理，大大加快了施工进度，降低了工程造价，因此近几年在国内外的地下工程中得到了广泛的应用。对于水工隧洞结构设计，《水工隧洞设计规范》SL279-2004中明确规定：当围岩条件较差，衬砌需要的厚度过大时，可采用外层为混凝土或钢筋混凝土、内层为锚喷支护（必要时可配置钢支撑）的组合式双层衬砌，即复合衬砌。
1 隧洞复合衬砌结构设计研究现状
目前，国内对复合式衬砌结构中的二次衬砌设计大多是通过工程类比结合一定的结构计算分析综合确定。复合式衬砌结构形式特殊，受力状态复杂。在设计时，可以认为全部荷载都由二次衬砌承受，而初期支护仅是施工阶段的临时支护，不考虑承载；也可以认为初期支护和二次衬砌联合承载，即初期支护和二次衬砌分别承担一定比例的荷载。无论是初次支护还是二次衬砌，其承担的荷载大小都与其刚度成正比的，但过分增大初期支护或二次衬砌的刚度也是不经济的。因此，在进行复合衬砌结构设计时，需要结合工程实际，既要满足到结构安全性要求，又需考虑结构经济性要求。
2 隧洞复合衬砌结构设计方法
复合衬砌结构设计、施工是以新奥法为基础的。新奥法（New Austrian Tunnelling Method）是20世纪50年代奥地利学者Rabcewiz教授等一大批学者和工程技术人员在长期工程经验的基础上创立并于1962年正式命名的一种隧洞工程方法。它的创立，给隧洞工程实践的科学化和技术经济的合理化带来了根本性变革，因其工艺简单，结构可靠和造价低廉等特点而引起隧洞工程界的重视，并已在世界各地的矿山、铁道、水工隧洞、军事工程洞库或其它地下建筑工程中推广应用。
2.1 复合衬砌结构初期支护设计方法
初期支护一般指锚杆喷射混凝土支护，必要时配合使用钢筋网和钢拱架。目前，国内锚喷支护的设计规范有明确规定，锚喷支护应以工程类比法为主，监控量测法和理论验算法为辅来进行设计。
2.1.1 工程类比设计的原则
工程类比法分为直接对比法和间接类比法。直接对比法是将设计的工程与条件基本相同的已建工程进行对比以确定锚喷支护的类型和参数。间接类比法是按照锚喷支护技术的现行规范，参照围岩级别表及锚喷支护设计参数将拟建工程的锚喷支护类型及参数确定出来。
初期支护工程类比设计应遵循以下原则：
①根据大量锚喷工程实践经验确定的锚喷支护设计参数表是以工程实例为基础，进行全面综合的分析，按照围岩级别与洞跨确定相应支护类型及参数；②根据不同围岩不同的压力特点，对不同部位的拱、墙采用相应的的支护参数；③根据岩体和部位的不同的分别采用不同的支护类型与参数。力求体现锚喷支护灵活性及围岩局部破坏局部加固、整体加固与局部加强的等强度支护原则。根据锚喷支护现行规范参数表，参考同一级的围岩级别和洞跨相应的锚喷支护类型和参数；④锚喷支护参数表中，虽然表中给出的支护参数是根据工程类比确定的，但最终要借助于监控设计和理论设计来确定最终支护参数；⑤根据工程的不同而适当调整。对一般工程宜采用支护参数表中的下限值而重要工程则要采用上限值；⑥支护参数依据锚喷支护设计参数表和有关条文共同进行确定。
2.1.2 锚喷支护的类型及参数
锚喷支护参数应既包括支护类型、支护参数，又包括开挖方式，仰拱施作时间和最终支护时间等。锚喷支护参数表中也只给出了锚喷支护类型和参数。确定锚喷支护类型与参数时，应遵循如下原则：
①对拱墙根据围岩压力的特点的不同采用相应的支护参数；②根据岩体和围岩的不同及其部位的不同采用相应的支护类型和参数。体现出使用锚喷支护类型的灵活性及允许进行局部加固围岩等特点；③虽然锚喷支护参数表中的锚喷支护参数是根据工程类比确定的，但最终支护参数的确定需要时还应借助监控设计与理论设计；④锚喷支护表中的锚喷参数，一般是本部门将以往修建工程的设计参数经统计分析后确定的。
2.2 复合衬砌结构二次支护设计方法
2.2.1 二次衬砌的主要作用
在复合衬砌结构中，二次衬砌随围岩等级不同而作用不同：
①对于级稳定硬质围岩，由于围岩和初期支护变形较小且迅速趋于稳定，因此二次衬砌的主要作用是通风、防水以及修饰面层而并不承受围岩压力；②对于级基本稳定硬质围岩，虽然初期支护和围岩变形较小且围岩压力较小，但考虑到运营后洞室容易产生的一些问题，一般以二次衬砌来加强支护衬砌的安全性；③对于级围岩，由于岩体流变、地下水等作用及施工中偏压、浅埋等原因，在围岩变形趋于基本稳定之前施作二次衬砌，此时的衬砌承受着较大的后期围岩形变所产生的压力。
2.2.2 二次衬砌结构设计
①设计基本要求：初期支护与二次衬砌的密贴程度，对复合式衬砌受力状态有较大影响。当支护与衬砌紧密粘结时，两层间传递径向力及切向力，按整体结构进行验算，当支护与衬砌之间设有防水层时，按组合结构进行验算；设计时应对二次衬砌的变形予以控制，以防洞内漏水；两层间空隙部分应回填密实；②二次衬砌的计算：针对地质条件复杂的软弱围岩，为了确定出更为简便合理的计算方法，通常在进行二次衬砌计算时，将上述几种方法的结果进行比较来加以确定；③二次衬砌施作时间的确定：二次衬砌在初期支护以及围岩变形基本稳定后采用模筑混凝土施作，并应具备下述条件：洞室周边位移明显减缓，边墙中部附近以及拱脚1 m以上的位移速度小于0.1～0.2 mm/d，或拱顶下沉速度小于0.07～0.15 mm/d；二次衬砌施作前的位移值，应达到总位移值的80%～90%，对于可提前施作二次衬砌，且应予加强；对于围岩自稳性较好且洞室较短的，应在整个洞室贯通后再作二次衬砌用以减少各工序间的干扰；④加强二次衬砌的措施：在不良地质地段和偏压、浅埋、膨胀性围岩条件下施作的二次衬砌，以及初期支护和围岩还未达到基本稳定而提前施作的二次衬砌，均要承受较大的围岩压力，为了加强二次衬砌，故要求采取以下措施：提高混凝土标号，或采用抗弯曲强度高的材料；改变衬砌形状，减少衬砌弯矩，使衬砌断面基本受压；采用注浆加固地层，超前支护等措施，增加岩体强度以及围岩整体稳定性；修建仰拱使衬砌形成封闭结构，提高结构的整体刚度，并减少围岩变形。
3 结 语
复合衬砌技术合理且理论先进，在提高衬砌承载力的同时，能充分发挥围岩自承能力，且很好地加快了施工进度，从而实现了工程造价的降低。在今后的复合衬砌结构设计时，我们应该结合工程实际，做出既满足结构安全性要求，又能满足经济性要求的衬砌结构设计。
参考文献：
[1] SL 575-2012，中华人民共和国水利行业标准[S].
[2] 邓文龙，王飞.隧道复合式衬砌荷载结构法计算方法的探讨[J].山西建筑，2012，（7）.
[3] SL 279-2002，水工隧洞设计规范[S].