单层衬砌的概念

1、梶刪到世I 先tan蘭结a藕+期2J8配分分两配分单层衬砌的概念徳国1995年提出的单层衬砌结构与目前推行的复合衬砌有原则的不同，其形式是多种 多样的，而且在工程中得到一立程度的推广。1单层衬砌构造的原则在隧道开挖中，众所周知，时间因素是非常重要的。隧道施工时的支护采用喷混凝上以 后，对理解用岩是一个具有承载能力的支护，有了进一步的认识。通常，后面施工的内衬（二 次衬砌）是为了提高安全度和保证充分的耐水性而设置的。但内衬的施工，如果考虑时间因 素，也具有控制变形增加的效果。因此，在单层衬砌中，如果第2层（内衬）与承载有关, 也应该考虑时间因素。在单层衬砌系统中，应力的内部传递机理的比较好的，但

2、被约束的应变、流变及温度变 化产生的应力等，在第2层中，在非常早的时期就发生了。为此，就不能充分传递避免因开 裂而造成损伤的必要的压力。结合而完全附着的场合，能够最好地控制 因被约束的应变而发生的应力，是从国岩传递 到第1层及全体衬砌，同时从第1层向第2层 传递机理的最佳条件。其次，由于各个工程的 地质及地下水等条件的不同，在修筑第2层衬 砌，必须追加合理的施设时间。单层衬砌的支护经历不同阶段的荷载状 况。开挖后产生的变形也是荷载的一种。图1 表示单线单层衬砌的荷载经历过程。时间轴上 的主要阶段示于图2。能够分出2种不同的传 递机理。第1种从影响支护应力状态的闱岩向 外部传递。图2荷载的时间历

3、程支护施工前（开挖前）的帀岩松弛：围岩形成拱效应和松弛荷载向支护再分配；在接近地表而开挖时，随时间拱效应丧失，假左支护承受200%的用岩荷载。如图1所示的第1层的施工到第2层施工完成的最短时间，是图2所示的t （第2层） 和t （第1层）的时间差。到第2层修筑前的经过时间，对全体衬砌的影响极大。特别是，在适合单层衬砌的地质 条件下，从外部（从I丙岩）的荷载增加的过程中，就修筑第2层的场合，其影响更大。例如, 在这种状态下，第1层混凝上硬化后立刻修筑第2层是可以控制二次平衡达成前的松弛。但 这样的施工，必须保证第2层的品质。如今，钢纤维混凝土可以满足这个要求。这样的考虑，在地质条件适合单层衬砌的

4、场合，囤岩荷载的一部分从第2层直接传递到 全体衬砌的可能的。全体衬砌在荷载减少的过程中完成第2层衬砌的修筑。结果隧道衬砌的 不出现拉应力，而处于完全的压缩状态。另一个传递机理是内部传递机理。应力状态是由内部传递机理控制的。内部传递形态如 下。因第1层的变形传递：第2层的水化热冷却时产生的温差的传 递：第2层的收缩传递。（根据这样的传递机理，整个衬砌中因被约 朿应变而产生的应力是上升的。这样的应力在 第2层完成后，非常早的时期有一左效果，能 够避免开裂的发生。根据地下铁道试用的经 验，钢纤维混凝上作为第2层是没有问题的。采用结合的单层衬砌构造的必要条件是， 如图3所示必须尽可能地形成紧密咬合的一

5、体 化断面。层间的附着因接触咬合是可以确保 的。因此，从过去一般采用的防水层就没有必 要了。与双层衬砌不同，单层衬砌的支护是永久 结构物的构成单元。单层衬砌支护是为了确 保施工安全、隧道稳左而由及早施工的数层构 成的，接触围岩的层（过去的初期支护）是永 久稳左的，作为能够维持功能要求的构造，而 形成合成的结构（图4）。单层衬砌的净空侧和围岩侧，如图5所示，没有用隔离材分离，而是直接接触的。2层间的直接接触，可增加剪力的传递，因此，随时 间，在荷载增加的场合，与一体断面有同样的结合效果。目前，外衬砌，通常是不考虑承载和防水功能的。但在单层衬砌中，涉及结构物的耐久 性，支护应按作为最终结构的一部分

6、来考虑。单层构造，由于能够缩短开挖时间、减少材 料消耗、削减施工量等，而能够降低修建隧道的成本。内88除面力Q.M.X 一甄二花B-3 結合一時4外館乂L儿；M工応EH x b y 定豪二,iIKMKF5 yxx比皎构造形式第1层1第2层1钢纤维喷混凝土钢纤维喷混凝土结合的单层衬砌的构造形式示于表1. 表1单层衬砌的构造形式2钢纤维喷混凝土钢纤维模注混凝土3钢纤维喷混凝土钢筋喷混凝土4钢纤维喷混凝土钢筋混凝土5钢筋喷混凝土钢纤维喷混凝土6钢筋喷混凝土钢纤维模注混凝土表1中的构造形式，第1层采用钢纤维喷混凝上的结构形式示于图6.第2层的混凝上 施工方法或采用喷射方法或模注方法.补强方法可釆用钢纤

7、维或钢筋。耐水性可按图7的基本方法，以确保其使用性能。* 1曆：鋼績維構強吹付夕丿一卜奖2JB：砸雄欄吿吹付一卜吹付付-卜第2層：鋼摄縫補強门为込夕丿f1般:鋼纖推棉戟吹付刘一卜第2 :鎂筋捕労吹付弟施補労吹付“工/刘一卜込族夕丿 fT両方总有地下水MiffW2ff肪水 全体沃L儿防水地下水第2水X/刘一卜31荷t#E总有f 防水機睫（X水膽夕分tar铁式訪水訪水iz-卜儿夕儿処理图7保证耐水性方法图6第1层采用钢纤维喷混凝上 的结构模式 其中方法3,虽然2层是分离的，但对内部断面力的传递具有结合一体的效果。第1謄:鋼繊維補咨吹付（，:X/列一卜第2凰:鋼纖維權強打匕込族二：/刘=第1 鉄筋H

8、I磬吹付（幻|丿-卜M 2 V :鋼纖雄構強打弐込族图8第2层采用模筑混凝土的结构模式3钢纤维模筑混凝土的单层衬砌图8表示第2层采用钢纤维模筑混凝上的构造形式。形式和仅第1层的施工方法不 同。这种构造形式的优点是采用与双层衬砌同样的施工方法，第2层采用髙品质的耐水混凝 土。因此在要求具有耐水性的场合采用。構造上安定性長期間支民为了确保构造的稳左性，第1层的厚度与过去的外衬厚度一样（图9）o最终状态的承 载力是按第1层和第2层结合后的 全体衬砌来考虑的。第2层完成 后，全体衬砌承受第2层的自重及 之干燥收缩、第1层的变形、温度产 兰生的应力等。機能上0安定性目前，钢纤维混凝上的特性得 到不断的改

9、善，但还要研究结构的 稳左性。这意味着要附加结构上的 安全系数。但是，从最近的动向看, 混入钢纤维的方法会越来越多。钢纤维模筑混凝上，英钢纤维在低令时能够控制开裂的发生，比素混凝上和钢筋混凝上 更能约束应变。并缓和发生的应力，是比较好的。但是在弯矩的作用下，预测可能发生细小 的开裂（图20 ）。即使在这种场合钢纤维也是没有问题的。者已得到工程实践的证实。图1 0单层衬砌构造主要是能够把因弯曲而在接触而产生剪力，通过接触作用传递的场合采 用，是一个比较经济的工法。经验证实，釆用格栅等补强材会增加透水性有可能损伤全体结 构的稳定性。图11是一个应该层间剪切动态的试验结果。结果表明：在第1层未加工的

10、喷射而，几 乎与人为的作成具有三角形的表面的情况相同。这说明设置补强材的必要性是不大的。第1层假定表而“污染”的状态，如图12,约降低30%的抗剪能力。其真正的意义是 第2层如修筑过迟，就需要洗净表面。如图口所示，第2层用钢纤维喷混凝土作成的试件 与用钢纤维模筑混凝丄作成的试件比较，基本上，钢纤维喷混凝上传递剪力的能力大。楓付R 丿卜第国帥门”片卜.一0鋭徴11!解爪込杓丿7MB： 92*作成後8日目昨脚旳込 切丿一卜一 、丨f2Q心，仙，8b ( 10b( 12】5 t!橋応加上扭力2比图11结合面抗剪强度的试验结果付幫面汚4. 一彳貳八口偉嚴X淋材爺:第2H作成後8B目亠丄dAREM换華！|器粤陈厶 IRA口r営故|-厶fuxnG1501251007550252 出和七 a-Rsfiy 剳图12结合而污染的影响4采用钢纤维喷混凝土的单层衬砌1989年在地下铁道区间隧道第2层采用钢纤维喷混凝土衬砌取得成功。图1 3是第2层采用钢纤维喷混凝上的构造形式。构造形式因耐水性的要求不同有以下 不同。构造形式：第1层和第2层的2层都具有承载和耐水功能：第1层和第2层的2层具有承载功能，只有第2层具有耐水功能。单层衬砌的第2层采用钢纤维喷混凝上的目的是：为获得充分的承载能力，强化第1层:确保使用期间的耐水性。这与第1层采用钢纤维喷混凝