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为适应地层条件和设想的盾构法施工，TML集团设计组拟定了许多衬砌类型，见图13。
英国一侧大部分地段采用扩张型的预制混凝土砌块，并考虑到变化的荷载条件，使厚度有所不同。也使隧道内径不一致，但大大节约开支，见图14。当碰到不利条件的地层，或需要不透水的衬砌，或是在接头处，则设计成用螺栓连接的球墨铸铁衬砌。
图13 隧道衬砌
图14 隧道建筑限界尺寸
在法国一侧的地段，地层条件局部变化更多，采用重型预制混凝土的栓接衬砌。
（一）法国一侧隧道衬砌
由于法国海岸附近的白垩岩具有含承压水持性，法国一侧6段隧道不得不选用上压平衡盾；构进机施工。掘进机必须在密水条件下，为此必须采用螺栓联结的密水式预制混凝土管片衬砌。隧道衬砌必须在掘进机尾部盾壳之内拼装。当掘进机向前推进时，衬砌才能脱离盾尾。
1.管片组成和拼装
衬砌每环长度均为1.6m，每环圆隧道衬砌的楔形封顶块管片最先拼装，下半断面管片3块，圆心角均为72°其中一块是仰拱，两块是侧墙．拱部左右管片为66°中央一块棋形管片为12°。每块管片四边都有若干槽口。以容纳5个直径255mm的螺栓穿过．这些都是单头上紧，2根是横向连接，3根是纵向连接的螺栓。衬砌环拼好后，由它将聚氯橡胶垫完全压紧，起到密水作用。
这些管片在盾构末端从平板车上卸下，一块接着一块由高架管片运输机送入到位．高架管片运输机系统是设置于出土皮带运输机的上方。
管片用螺栓串接拧紧后，再用后部千斤顶压紧管片，确保隧道圆环管片的稳固。隧道在陆地一侧施工时，千斤顶的数量和延伸范围都允许在挖掘时拼装管片。盾构掘进机设置一台双头管片拼装机，需用24min．
隧道在海底一侧掘进时，采用开启式盾构法施工，可同时进行管片拼装．盾构依靠侧向撑脚锚入地层进行开挖掘进，并同时进行管片拼装．在闭胸式盾构法施工中，掘进配置两台独立的管片拼装机．按设计要求，完成一环隧道衬砌的拼装，需用15min。
2．衬砌壁后注浆
在拼装之后，要求及时将盾尾后衬砌与地层间建筑空隙即衬砌背后的环形空间进行注浆充填。注浆压力取决于围岩地质条件和岩石固有的承压水压力。该压力为1～1．4Mpa。用插管注浆，插管上有带叶片型逆止阀的法兰盘接口，以保证全部空隙注满。注浆作业必须富有经验，熟练操作。注浆压力不能太高，以保证浆波不致从掘进机尾盾的三个接头点泄漏出来。如果发生泄漏，可能导致掘进机停止掘进．注浆凝固之后（最多3个月），所有联结螺栓都旅松。因为这样做可使衬砌管片与围岩间形成一个整体结构体系。这也使管片接头即便在拆掉螺栓之后仍处在受压条件下，并能密水。
施工证实，法国一侧衬砌系统是非常理想的，适合于所遇到的地质条件，特别遭遇不利地层时，无需改变已采用的施工方法。
3．管片制造
海峡隧道法国一侧衬砌管片，在桑加特工地附近工厂制造，配有一套自动化拌和系统．总计要生产22．1万块B35型管片．工厂设4条钢筋作业线5条管片生产线。每条生产线上有44套模具，日生产管片400块。为确保混凝土充填密实，消除气泡，模具放在13HZ型振动台上振捣。拆模后人工修整表面。然后放在一个养护隧道内，在30～40℃温度下加温养护。
法国一侧的衬砌管片与英国一侧的不同，上面不设吊钩，从工厂到衬砌工作面用吊车以吸盘搬运。每块管片外缘粘聚氯橡胶垫，拧紧接头螺栓就能确保接缝密水。管片在工厂制好后，存放10～30d，增加其强度。
（二）英国一侧隧道衬砌
海峡隧道大部分处于比较软的和不透水的下白垩纪泥灰岩中。最大埋深低于海平面约130m。而英国一侧的陆地段隧道，在地表以下165m中延伸。接近水平的海底线路最大坡度为1.1％，这样可使隧道尽可能地布置在最有利的岩层中。铁路运营隧道衬砌见图15。
下白垩纪岩层含大量粘土，无坚硬底石结核，易于开挖。粘土胶结物的强度虽有变化，但仍为海峡工程的地下结构工程提供了所需的自稳时间。l986～1987年现场调查表明，英国一侧这种有利于隧道施工的岩层的厚度比法国一侧的厚得多。
TML集团公司指定的莫特·麦克唐纳德公司为英国一侧隧道土建工程的设计公司。麦克唐纳德公司又聘请奥地利ILF公司为顾问子公司，负责新奥法施工的设计与监测，并雇用工程和动力开发顾问公司协助设计。卡斯尔山下服务隧道衬砌情况见图16。
1.衬砌设计研究
隧道设计使用寿命为120年，而隧道内设备及易受影响的材料都需要有25年的设计寿命。隧道衬砌设计也必须能适应两种不同的极限状态。第一，围岩对衬砌的作用，必须把衬砌与围岩间的相互影响、衬砌的变形、荷载的重分布（取决于衬砌与围岩的相对柔度与可压缩性）以及毗邻隧道之间的影响考虑进去。
其次，计算必须按承受全部围岩及地下水荷载（仅允许少量地下水流入隧道）来进行检验，以保证不超过最终极限。
图15 铁路运行隧道衬砌
图16 卡斯尔山下服务隧道衬砌
用于隧道管片衬砌的设计方法，是应用凯尔文粘弹性理论，并考虑了一些确定作用于衬砌上的围岩荷载的重要参数。在均布荷载的径向应力场下，这个模型用下列公式表达：
式中，N一作用于衬砌内的环向荷载；
λ一折减系数；
γ一围岩塑性变形系数；
θ－围岩瞬间（弹性）变形与塑性变形之比；
T0－开挖与衬砌间隔时间；
P。一围岩径向初始应力；
Q一地层和衬砌的弹性模量（E，V）之比，对塑性变形作用的修正系数，等于衬砌半径与衬砌厚度之比值。
2.采用球墨铸铁管片
利用1975年在英国服务隧道和法国桑加特试验段的量测数据进行反分析，并用来核实主要的土工技术参数值。其中，下白垩纪新生成的泥灰岩的抗压强度，英国一侧为760～1400MPa，法国一侧为2000～3000MPa，塑性变形系数为1.0～1.6，围岩初始的水平／垂直应力比为0.7。
用量测仪器对在1975年建成的英国服务隧道的试验段进行监测。为解释钢弦应变压力盒的量测结果，1979年和1986年曾进行过钻孔取样。1979年预测，1983年衬砌环轴线水平位置处的环向压应力，平均为3.4MPa。估计到1986年为3.4MPa左右。1986年对360mm厚的衬砌管片实测的拱弧内侧应力为3.8～.SMPa。说明环向压应力向洪弧内侧偏移了20mm。平均环向压应力刚好小于衬砌承受全部围岩压力和地下水压力情况下产生的内应力值的一半。
这些测试结果表明混凝土管片不适用于运行隧道的高应力地段，也不适用于主隧道间的联络在向通道。高应力区及模向通道要采用密水型铸铁管片衬砌。考虑减轻安装重量和减小安装空间，采用球墨铸铁板预制成的管片。这些衬砌管片用螺栓联结，当隧道有超挖时，也容易安装。为使铸铁管片能够用到横向通道与正隧道相交的岔口隧道附近，而且其余的衬砌环仍为混凝土环，所以研制了一种复合衬砌。
3.混凝土管片精度
早期的一项试验是测试防钢筋锈蚀所需混凝土保护层的厚度，因钢筋锈蚀会导致接缝附近混凝土保护层过早脱落。这项试验获得了混凝土保护层厚度的折衷值(35mm）。
混凝土管片铸造允许公差，必须保证衬砌曲线的径向接缝密贴，确保接触均匀井位于管片厚度的中间三分之一范围内。由于径向接缝曲线半径很大，为避免"扁平"，管片端头铸造价度定为0.2mm。其尺寸用电子扫描仪对照精确的理论面进行量测，管片体的翘曲精度要求在2～3mm范围内。即便只翘曲2～3mm也会影响接头的接触。管片制造精度对这种膨胀衬砌保证封顶管片的正确安装极为重要。
混凝土保护层影响管片使用寿命。规定覆盖焊接钢筋笼混凝土保护层厚度的允许公差为±5mm。
铸铁管片用机床加工，精度为0.5mm，必须对照经过精确加工的标准管片进行定期检查。拼装衬砌环时，圆度上误差规定为1％，以限制偏心。为保证混凝土管片接缝的整齐严密。接缝的错台不得大于20mm。任何纵向"张口"不得大于2mm。
设计研究的下一个课题，是研究含盐条件下钢筋混凝土的寿命。虽然海底隧道现浇混凝土大部分是素混凝土，但预制管片却是钢筋混凝土。为了防止有锈蚀作用的氯化物浸入，研制了一种渗透系数和扩散系数极低的混凝土。
4.复合衬砌结构
英国一侧的隧道通过的围岩褶皱很少，含承压水的节理裂隙也不多。由于这些隧道处于不透水的地层中。因此决定采用柔性膨胀式衬砌作为英国一侧的标准衬砌。这种衬砌不可能完全防水；因此也不能承受周围全部静水压力，所以厚度比密水型衬砌薄。
隧道之间有许多横向通道及连接点，这些都导致增加了衬砌的局部荷载及应力。这些横向通道的连接点最初是采用拆掉铁路运行隧道中的衬砌管片，再安装钢框架的方法施工。这种方法太费时间。后来就改用就地安装一组横向通道用的衬砌环的办法。按设计这些衬砌环的安装办法与安装标准衬砌环一样。当横向通道贯通后，将装在终端处一组衬砌环环口内的临时支撑板条拆除。由于有这个临时支撑板条，连接点的衬砌环的变形就可被限制在预定的量值内。后来铁路运行隧道与横向通道连接口的衬砌又进一步改进，研制了一种钢和混凝土的复合衬砌结构。围绕连接口的衬砌结构是建造在铸铁管片衬砌之内，而这些铸铁管片衬砌是装设在铁路运行隧道标准混凝土管片衬砌之内。因此，这个衬砌结构的每一环都是铸铁管片与预制混凝土管片的结合物。
横向通道内径一般为3.3m，少数为4m，内径尺寸与服务隧道相近。这样大小的横向通道机械化作业受到限制，因此采用易于安装的轻型铸铁管片衬砌。
5.泄医风道衬砌
列车活塞压力作用，设计直径为2m的泄压风道，要求内壁光滑。因此在铸铁管片衬砌拱弧内侧，又设计了现浇混凝土内村。英国一侧的泄压风道的管片之间以及环间无联结螺栓，靠垫圈防水。
6.衬砌监测
新奥法的二次衬砌和管片衬砌的量测和监控具有双重检查目的。首先是为核实衬砌的动态是否与预计相符，其次是为保证在隧道运营时期有充分的安全系数，在海底和陆地隧道各种衬砌之间布宜了14个测站。
7.管片生产
在泰晤士河畔格雷恩的艾尔地区，开辟了一个混凝土管片生产基地。把这个专门基地选择在这里，是因为这里空地辽阔，又有利于铁路运输和海运。所有管片制作的骨料（尺寸10mm和20mm）和黄砂，都是来自苏格兰西部海岸罗什林特地区的新采石场，通过水路运入。
管片生产基地包括4座具有工厂规模的大楼和一个能储放7万块管片的堆场。每座工厂拥有两个管片生产流水线或管片生产传送系统。每条生产流水线12h能生产70块管片。根据这个生产率，这个管片生产基地，曾创下每天生产1000块管片的纪录。英法海峡隧道全线需要用500000块管片。
混凝土管片浇捣后，在50℃温度下进行蒸汽养护；管片蒸养6小时，强度达到10N／mm2。然后进行钢模拆除，将拆卸下来的钢模依次送到管片生产传送系统的各个点上，其中包括经历以下几个阶段：清洗钢模、配置钢筋、安放模芯、合拢钢模并进行检查、混凝土浇捣和最终检查。管片生产传送系统每个点上的循环作业时间需用10min。在每条管片生产传送系统线上，始终保持着36套钢模，这些钢模分别位于生产线的各个点上进行生产作业。管片制作完成后，一次装运500块，通过铁路线运往莎士比亚峭壁施工工地。货运路程需3个半小时。
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