管片襯砌，用在工廠或工地預製的構件拼裝而成的隧道襯砌，採用裝配式襯砌是地下工程的發展方向之一。
基本介紹
- 中文名：管片襯砌
- 外文名：Segment lining
- 襯砌環分類：金屬管片、鋼筋混凝土管片
- 管片襯砌剛度：取決於管片接頭剛度和拼裝方式
- 襯砌管片數量：一般4~8塊
- 管片寬度選擇：受力條件、製作和千斤頂行程長度
管片襯砌結構的腐蝕機理,影響管片襯砌結構耐久性的主要因素,管片襯砌結構穩定性,
管片襯砌結構的腐蝕機理
(1)混凝土碳化。水泥集料中的Ca(OH)2與空氣中的O2及地下水中的CO2，經水化反應生成CaCO3，以及汽車尾氣中的CO2引起碳化作用，混凝土碳化使Ca(OH)2減少及混凝土含鹼量(鹼度)和pH值降低，從而導致混凝土受碳化腐蝕；同時，CO2入滲混凝土保護層後，使鋼筋表面鈍化膜剝蝕而銹爛。此外，碳化使混凝土收縮，在混凝土表面產生拉應力而出現收縮微裂紋，降低了混凝土的抗滲能力，而鋼筋銹脹進一步使混凝土保護層剝落。
(2)混凝土鹼骨料(鹼-矽)反應。在混凝土澆築成型若干年後，其中的水泥、結合水和外加劑中的鹼與混凝土集料中的活性成分發生鹼骨料反應，其反應生成物吸水膨脹，使混凝土脹裂。
(3)侵蝕性環境中的有害化學離子入滲混凝土的腐蝕作用。工程環境和地下水中的酸、鹽介質(Cl-和SO2-4積聚)以及含硫酸、氯鹽的腐蝕性地下水入滲混凝土，與水泥水化物Ca(OH)2反應，使鹼度降低，混凝土強度下降；酸性介質入滲，則使酸根離子被吸附到鋼筋鈍化膜表面而產生破損，從而導致鋼筋鏽蝕、鐵鏽體積膨脹，使混凝土保護層脹裂和剝落。
(4)高寒地區混凝土凍融，南方夏季溫濕度交替循環變化使混凝土開裂而剝落。
(5)電氣化捷運中雜散電流對鋼筋的電腐蝕。
(6)混凝土道面磨蝕、江中管片因受土層內的砂及地下水流長時期沖刷，使其表面性能劣化。
(7)近年來一些地區的雨中酸度加大、頻率增大，酸雨使地下水質受污染，進而引起管片結構腐蝕。
(8)意外因素作用，以隧道內火災最為常見，因受高溫煙火持續炙烤使混凝土表面產生大量發細裂紋、裂縫，進而引起混凝土剝落和爆裂，其附近部位強度則急劇降低。
影響管片襯砌結構耐久性的主要因素
(1)鋼筋鏽蝕。受海水(地下水)氯離子入滲(在混凝土內，氯離子向低濃度區擴散)控制，氯離子與地下水作用發生化學腐蝕，混凝土碳化也使鋼筋層表面鈍化膜破壞。
(2)混凝土保護層剝落。受混凝土碳化腐蝕影響和鋼筋鏽蝕後體積膨脹而使混凝土保護層脹裂。
(3)混凝土表面龜裂(發細裂紋寬度一般小於0.02 mm,濕潤時方可見)。其為遇乾濕、冷熱交替的不均衡環境作用時，因混凝土碳化收縮與冬季乾縮相互疊加所引起的一種破壞。
(4)混凝土裂縫(受縫寬和裂縫數控制)。使腐蝕介質中的氯和硫酸鹽離子與地下水及氧氣等入滲到混凝土內部。
(5)混凝土抗入滲性能不足。處於腐蝕性地下水和土壤中的含水溶性硫酸鹽環境下，容易因腐蝕而影響結構的耐久性。
(6)預製管片在生產、運輸和安裝過程中的裂縫(縫寬有時已達到0.2 mm，需做控制)及其邊角受撞擊而破損。因此，進一步提高管片混凝土的抗衝擊和抗拉性能是當務之急。
(7)意外災害(火災、地震、戰禍、海嘯、恐怖攻擊等)。
耐久性設計的要點在於如何有效地減緩和控制鋼筋混凝土管片結構的劣化進程，這是一項重要而又複雜難解的問題。
管片襯砌結構穩定性
（1）地層條件對管片襯砌結構穩定性影響程度最大，接頭抗彎剛度次之，管片拼裝方式影響最小。隧道失穩時，管片襯砌結構處於塑性帶裂縫工作狀態，失穩類型屬於結構穩定性理論中的材料塑性屈服的第二類極值點失穩。
（2）地層越軟，隧道穩定性越差。中硬粘土地層和軟粘土地層中，一般情況下盾構隧道發生失穩破壞的可能性較低，除非出現地層局部空洞，水位漲落、地震等突發情況。極軟粘土地層中，盾構隧道發生失穩破壞的機率較大，當隧道埋深較大時，建議採取土體改良，管片加固等防止隧道失穩的措施。
（3）管片通縫拼裝方式比錯縫拼裝方式的隧道穩定性差，封頂塊位於拱頂比位於拱腰的隧道穩定性差。隨著管片接頭抗彎剛度的減小，隧道穩定性降低，在管片接頭抗彎性能探明的情況下，採用考慮非恆定接頭抗彎剛度的雙重非線性有限元分析方法能精確計算管片襯砌的失穩。
（5）管片襯砌結構穩定性計算模型不能模擬接頭的張開，其接頭抗彎剛度的取值與實際存在一定偏差，盾構隧道管片襯砌穩定性分析模型有待進一步改進。
