用机械方法或高压灌浆方法产生预压应力的隧洞围岩衬护结构。 水工高压地下洞井，其衬砌将承受较高的内水压力，在内水压力作用下，衬砌内将出现较大的拉应力，这是混凝土或普通钢筋混凝土衬砌所不能容许的。为了改善衬砌在承载时的工作状态，增加衬砌强度，减小衬砌厚度，提高衬砌防渗性能，通过对混凝土衬砌施加一定的环向预压应力，使之完全或部分抵消衬砌中由于内水压力作用而产生的拉应力，从而充分发挥混凝土承受压力的特点，这种衬砌结构称为预应力衬砌。

预应力衬砌主要用于内水压力较高的引水、输水、发电、泄洪隧洞以及水电站竖井，一般为圆形断面。根据产生预应力的方式，预应力衬砌分为：①拉筋式衬砌。其预应力状态由拉张钢筋而形成。②钢箍式衬砌。其预应力状态由分布在衬砌混凝土外面的钢箍的紧束作用而形成。③锚束式衬砌。其预应力状态由张拉紧穿在衬砌内部的锚束而形成。④压浆式衬砌。其预应力状态在衬砌背后通过对围岩及其与衬砌间的空隙进行高压灌浆而形成。

1944年，奥地利卡普伦（Kaprun）水电站压力隧洞中首次采用了钢筋混凝土预制块环形衬砌的预应力结构，并采用了专门机器缠绕的6 mm高强钢丝。20世纪50年代，奥地利在隧道中又首次采用单根后张预应力筋。此后，法国在水电站隧洞中也应用了预应力混凝土结构。20世纪70年代初，意大利、瑞士等国开始采用钢绞线进行张拉，为水工压力隧洞与调压井提供后张预应力。20世纪80年代后期至20世纪90年代初，中国清江隔河岩水电站和南盘江天生桥一级水电站压力引水隧洞、黄河小浪底水利枢纽排沙洞均采用了这类结构。

衬砌预应力筋多采用锚束，分有黏结型和无黏结型。20世纪90年代初，中国在大型压力隧洞中使用全包角360°的无扶壁支撑有黏结环形后张预应力衬砌。20世纪90年代末，包角为720°的无扶壁支撑无黏结环形预锚技术再次成功地应用在大型衬砌中。有黏结锚施工一般为单圆，无黏结锚可分为双圆或多圆。

使用灌浆式预应力混凝土衬砌的前提条件是：必须有足够的围岩强度或上覆岩体厚度，足以承载灌浆压力。20世纪60年代以来，苏联、南斯拉夫、德国、法国、澳大利亚等国均采用了这种灌浆方法的预应力结构。中国20世纪70年代松花江白山水电站高压引水隧洞也应用了这类结构。

灌浆式预应力混凝土衬砌可按类似计算外水压力的方法进行估算，也可依据现场试验和监测，以及必要的综合分析进行设计。拉筋式和钢箍式衬砌，在计算衬砌应力时，必须考虑由于混凝土的收缩和徐变，以及由于钢筋和钢箍对混凝土的压缩而降低的钢筋预应力，还必须考虑钢箍与衬砌之间的摩擦而引起初始预应力的降低。锚束式衬砌的设计，结合现行的预应力锚固技术及试验研究确定。