复合衬砌是由初期支护和内层衬砌组成的。因此，复合衬砌对不同地层条件的适应性很强，而且其形状（弧度）简单，内层衬砌厚度变化较小，多为等厚的30～50 cm，20世纪90年代以后已在各类隧道工程中广泛使用。

复合衬砌是现代隧道工程中帮助围岩获得稳定的基本手段。由于复合衬砌采用喷射混凝土和锚杆作为基本组合形式，并通过调整初期支护参数来适应围岩级别、围岩松弛范围和松弛程度变化，所以，初期支护层次较多、变化较多，施作工艺比较复杂。

内层衬砌主要作为安全储备，用于承受后期围岩压力。考虑到隧道投入使用后的服务年限很长，为了承受后期围岩压力，降低洞内空气阻力，满足洞内功能性构造要求和美观要求，使隧道在服务过程中稳定、耐久，现代隧道工程中一般均设计有内层衬砌。内层衬砌有多种材料构造形式，但以就地模筑混凝土或钢筋混凝土为主，也有采用拼装式钢筋混凝土做内层衬砌的。

内层衬砌多采用等厚度截面，变化较少，构造较简单。

1.复合衬砌的构造及优点

（1）复合衬砌的构造。

复合衬砌不同于单层衬砌，它是把支护结构分成多层，在不同的时间先后施作。顾名思义，它可以是两层、三层或更多层，目前一般将其分为初期支护和二衬（内层衬砌）两部分。

初期支护是帮助围岩获得初步稳定，并保证隧道施工期间的安全，以便挖除坑道内岩体的一系列支护结构和工程设施。锚喷支护就是锚杆（系统杆和局部锚杆）加喷射凝土（素喷、网喷或钢纤维喷射混凝土）的组合，有时设钢拱架（型钢拱架或格栅钢架）。因此，也将锚喷支护称为常规支护。

初期支护也可以泛指包括锚喷支护（锚杆、喷混凝土、钢拱架）等常规支护，以及超前支护（超前锚杆、超前管棚）、注浆加固（超前小导管预注浆及超前深孔帷幕注浆）等特殊支护在内的一系列支护结构和工程设施。这些支护形式和工程设施可以单独使用，也可以组合使用。组合使用时，各部分的比例可以根据实际需要选择和调整。

内层衬砌主要用以承受后期围岩压力并提供安全储备，保证隧道的长期稳定和行车安全。内层衬砌一般采用就地模筑混凝土或钢筋混凝土，也可以采用喷射混凝土或喷射钢纤维混凝土，还可以采用拼装衬砌。

（2）复合衬砌的优点。

根据相关部门进行的模型试验和有限元分析，以及多年应用和研究结果，复合衬砌是比较合理的结构形式，其优点表现在以下几个方面。

①复合衬砌的总体形状比较简单，内层衬砌厚度变化不大，多数在30～40 cm，且多为等厚度内衬，施工方便。

②复合衬砌是将整个人工支护结构分解为初期支护和内层衬砌两大部分，各部分分别起不同的作用，并与围岩共同工作。因而，复合衬砌比较符合隧道工程结构体系的力学变化过程和变化规律。

③复合衬砌主要靠初期支护来维护围岩稳定和安全，并通过调整初期支护参数来适应地质条件的变化，即适应不同的围岩级别及围岩松弛范围和松弛程度的变化。这种适应性既能充分调动并利用围岩自我承载、自我稳定的能力，又可以充分发挥支护结构的承载力和支护材料的力学性能。

④复合衬砌中的内层衬砌主要作为安全储备而设置，一般要求在施作初期支护并趋于稳定后，再施作内层衬砌，并借用防水层作为结构隔离层，使内层衬砌的受力状态得以改善。但在必要时，还可以提前施作内层衬砌，以调用其承载力，保障安全。

⑤与传统的等厚度模筑混凝土单层衬砌相比，复合衬砌的受力状态更好，承载力更高。有研究资料显示，在Ⅳ、Ⅴ级围岩的隧道中，采用锚喷支护作为初期支护，加上模筑混凝土内层衬砌构成的复合衬砌，与单层衬砌相比，工程投资可减少5%～10%，极限承载力可提高20%～30%。

2.锚喷支护

锚喷支护常用的材料和结构形式有喷射混凝土（有时加钢筋网或钢纤维）、锚杆和钢拱架三种，一般可根据地质条件和结构条件的变化组合使用。组合使用时，各部分的比例应根据各自的适应性和实际需要选择或调整。

（1）喷射混凝土是以压缩空气为动力，将掺有速凝剂等外加剂的混凝土拌和料与水混合成浆状，喷射到坑道的岩壁上并迅速凝结而成的细石混凝土。细石混凝土喷射工艺分为干（潮）喷、湿喷和混合喷三种。以湿喷工艺较优，混凝土质量较好，实际工程中应用较多。

（2）锚杆或锚索是用金属或其他高抗拉性的材料制作的一种杆状构件，并使用某些机械装置或黏结介质，通过一定的施工操作，将其安设在隧道及地下工程的围岩中或其他工程结构体中，利用杆端锚头的膨胀作用，或利用灌浆黏结，增加岩体的强度和抗变形能力，从而提高围岩的自稳能力，加固围岩体或工程结构体的工程措施。

（3）钢拱架因整体刚度和强度均较大，对围岩松弛变形的限制作用更强，可及时阻止有害松动，也可以承受已发生的松弛荷载，保证隧道稳定与安全，还可以作为超前支护的反支点。钢拱架有花钢拱架和型钢拱架两种结构形式。(www.daowen.com)

3.超前支护

在工作面不能自稳的条件下，需要采取适宜的工程措施使工作面保持稳定，然后开挖坑道范围内的岩体。这类针对开挖面前方围岩（包括将被挖除的岩体）而采取的一系列支护措施，称为超前支护。

超前锚杆是指沿开挖轮廓线，以稍大的外插角，在开挖面前方围岩内安装的锚杆。超前锚杆主要形成对开挖面前方围岩的预锚固，必要时，也对将被挖除的岩体临时实施加固，以暂时维持较好的纵向成拱作用，然后在提前形成的围岩锚固圈的保护下进行开挖等作业。超前锚杆强调的是支护的超前性。超前锚杆是一种简单的超前支护形式，主要适合用于不太稳定的围岩。

超前管棚指沿开挖轮廓线，以较小的外插角，在开挖面前方围岩内安装长钢管，并随着开挖逐渐架设钢拱架而形成的承载棚架。超前管棚形成对开挖面前方围岩的预支承，主要适合用于稳定性很差的围岩。这种支承作用并不改变围岩的固有特性，而只是从外部抵抗围岩变形，防止围岩坍塌。超前管棚强调的是支承的超前性，其施工工艺较为复杂，其中长钢管的安装需要采用专用机械。若围岩极度软弱、易破碎，则可以在此基础上改进为超前深孔帷幕注浆。

4.注浆加固

注浆加固是为了改良松散地层的工程力学性能，将适宜的胶结材料按一定的注浆工艺注入松散地层中的工程措施，也称为地层改良。

胶结材料在松散地层中凝结后，一定区域内的松散岩体就变得完整且坚硬起来，力学性能得以改善。这部分经过改良的岩体作为隧道围岩，其稳定能力得以增强。就结构和构造而言，改良后的岩体很容易转化为隧道承载结构，相应地，就不需要采取过多的其他工程措施，便可以获得洞室的稳定。

隧道工程中常用的注浆加固措施，按工艺的不同分为超前小导管注浆和超前深孔帷幕注浆两种。此外，还有一种特殊的暂时性的注浆加固措施，即冻结法。冻结法是利用含水地层在冻结状态下的结构稳定能力获得围岩的暂时稳定，继而完成隧道开挖和衬砌，获得永久稳定的隧道施工方法。

5.防水层

在有水地层条件下，为了防止地下水渗入隧道，内层衬砌一般均采用防水混凝土，并常在外衬与内衬之间敷设一层防水塑料板，构成两道洞内防水层。

6.内层衬砌

内层衬砌一般是在施作初期支护并使围岩变形基本稳定后再施作的。内层衬砌的构造形式与单层衬砌基本相同，主要采用就地模筑混凝土或钢筋混凝土，也有采用预制钢筋混凝土衬砌块拼装内层衬砌的，在稳定性很好且无地下水的Ⅰ、Ⅱ级围岩条件下，可省略模筑混凝土内层衬砌，或改为喷射混凝土内层衬砌。

内层衬砌厚度不仅与围岩变形速度和变形量有关，更与其施作时机和建筑材料有关。内层衬砌一般均为等厚截面，变化较少，构造较简单，必要时只需将两侧边墙下部稍加厚，以降低基底应力。铁路隧道设计规范和公路隧道设计规范都提出了内层衬砌圬工截面最小厚度的要求：最小厚度是一个限制性要求，而不是设计值，铁路、公路隧道混凝土及钢筋混凝土内层衬砌最小厚度一般为单线（单车道）25 cm，双线（双车道）30 cm；高速铁路双线隧道和公路三车道隧道断面尺寸较大，内层衬砌最小厚度值应较大。

修建隧道衬砌的混凝土材料，应满足强度和耐久性要求，在某些环境中，还必须满足抗冻、抗渗和抗腐蚀要求。此外，还应满足可就地取材、价格低廉、施工方便及易于机械化施工等要求。隧道工程常用的衬砌建筑材料有以下几种。

（1）混凝土与钢筋混凝土。隧道衬砌所用的混凝土强度等级，对于直墙式衬砌不低于C15，对于曲墙式衬砌及Ⅲ类围岩直墙式衬砌不低于C20。钢筋混凝土材料主要用于明洞衬砌、地震区、偏压、通过断层破碎带或淤泥、流砂等不良地质地段的隧道衬砌，其强度等级不低于C20。在特殊情况下，可采用旧钢轨或焊接钢筋骨架进行加强。

（2）片石混凝土。片石混凝土主要用于仰拱填充及超挖回填，其他部位不允许采用片石混凝土。按施工规范规定，片石混凝土中的片石应选用坚硬的石料，其抗压强度不低于30 MPa，严禁使用风化片石。片石掺量不得超过总体积的20%，并采用抛石法分层掺入，片石之间要有10 cm左右的间距，不得有空洞。

（3）喷射混凝土。在普通铁路隧道工程中，喷射混凝土材料可用作内层衬砌，但其强度等级不得低于C20，使用的水泥强度等级不低于32.5，并优先选用硅酸盐水泥，细集料采用坚硬耐久的中砂或粗砂，细度模量宜大于15，砂的含水率宜控制在5%～7%。细集料采用坚硬耐久的卵石或砾石，粒径不应大于15 mm。我国高速铁路隧道施工指南规定不使用喷射混凝土作为内层衬砌。

7.建筑材料

（1）隧道建筑材料要求。隧道工程可选用下列强度等级的材料：C15、C20、C25、C30、C40、C50混凝土；C20、C25、C30喷射混凝土；C15、C20片石混凝土；M7.5、M10、M15、M20水泥砂浆；MU40、MU50、MU60、MU80、MU100石材；HPB235（Q235）、HRB335（20MnSi）钢筋。

（2）衬砌建筑材料的强度等级应满足耐久性要求。