摘要：武汉长江隧道工程所面临的高压富水环境要求衬砌结构管片具有高抗渗、长寿命的性能。引入功能梯度材料设计原理，肘钢筋混凝土管片进行功能梯度设计与优化，实现管片外层高防水抗渗、结构层提供强度及内衬层耐火的多重功能。同时采用适当的界面处理技术，保汪管片各功能层的性能均匀过渡，实现功能和结构一体化设计。对结构层混凝土、保护层材料性能分别进行测试，测试结果表明，保护层材料具有优良的抗渗性能，相比普通混凝土氯离子扩散系数降低一个数量级，寿命提高10倍以上，优于目前国际上已报道的最好水平（6×10^13m^2／s）；结构层、保护层混凝土力学性能优良，强度满足设计要求，保护层材料强度达C70以上，主体结构层达到C50；保护层材料与结构层材料体积稳定性良好；耐酸性气体腐蚀性能大大增强，90d中性化深度不足1mm；同时，管片内衬层通过刷涂防火抗爆材料有效提升了管片的内层耐火性能，耐火极限是未经处理试件的4．72倍；最后通过实际的生产及检测，进一步证明了功能梯度混凝上管片具有较好的服役性能。

关键词：隧道工程 盾构隧道 功能梯度混凝土管片 工程设计 结构层 

单位：武汉理工大学硅酸盐材料工程教育部重点实验室; 湖北武汉430070