隧道结构计算
隧道结构力学计算
隧道结构力学计算
隧道结构力学计算是指对隧道结构进行力学分析和计算，以确定其受力状态和安全性。
隧道结构力学计算涉及以下几个方面的内容：
1. 隧道结构受力分析：通过分析隧道结构的受力情况，确定隧道在各个截面上的受力分布，包括截面内的轴力、弯矩、剪力等。
同时还需要考虑隧道的开挖和围岩的变形对结构的影响。
2. 结构稳定性计算：对隧道结构进行稳定性计算，包括抗滑稳定性、抗倾覆稳定性等。
通过确定结构的稳定性，可以评估结构的安全性。
3. 结构设计计算：根据受力分析和稳定性计算的结果，进行结构设计计算。
包括确定结构的截面尺寸、钢筋配筋等。
4. 结构材料力学性能计算：对结构材料的力学性能进行计算，包括混凝土的强度、钢筋的抗拉强度等。
在进行隧道结构力学计算时，需要应用力学原理和数学方法进行分析和计算。
通过合理的力学计算，可以评估隧道结构的安全性，并进行结构设计优化，确保隧道的运行安全。
隧道结构计算
第6章 隧道结构计算6.1 概 述6.1.1 引 言隧道结构工程特性、设计原则和方法与地面结构完全不同，隧道结构是由周边围岩和支护结构两者组成共同的并相互作用的结构体系。
各种围岩都是具有不同程度自稳能力的介质，即周边围岩在很大程度上是隧道结构承载的主体，其承载能力必须加以充分利用。
隧道衬砌的设计计算必须结合围岩自承能力进行，隧道衬砌除必须保证有足够的净空外，还要求有足够的强度，以保证在使用寿限内结构物有可靠的安全度。
显然，对不同型式的衬砌结构物应该用不同的方法进行强度计算。
隧道建筑虽然是一门古老的建筑结构，但其结构计算理论的形成却较晚。
从现有资料看，最初的计算理论形成于十九世纪。
其后随着建筑材料、施工技术、量测技术的发展，促进了计算理论的逐步前进。
最初的隧道衬砌使用砖石材料，其结构型式通常为拱形。
由于砖石以及砂浆材料的抗拉强度远低于抗压强度，采用的截面厚度常常很大，所以结构变形很小，可以忽略不计。
因为构件的刚度很大，故将其视为刚性体。
计算时按静力学原理确定其承载时压力线位置，检算结构强度。
在十九世纪末，混凝土已经是广泛使用的建筑材料，它具有整体性好，可以在现场根据需要进行模注等特点。
这时，隧道衬砌结构是作为超静定弹性拱计算的，但仅考虑作用在衬砌上的围岩压力，而未将围岩的弹性抗力计算在内，忽视了围岩对衬砌的约束作用。
由于把衬砌视为自由变形的弹性结构，因而，通过计算得到的衬砌结构厚度很大，过于安全。
大量的隧道工程实践表明，衬砌厚度可以减小，所以，后来上述两种计算方法已经不再使用了。
进入本世纪后，通过长期观测，发现围岩不仅对衬砌施加压力，同时还约束着衬砌的变形。
围岩对衬砌变形的约束，对改善衬砌结构的受力状态有利，不容忽视。
衬砌在受力过程中的变形，一部分结构有离开围岩形成“脱离区”的趋势，另一部分压紧围岩形成所谓“抗力区”，如图6-1所示。
在抗力区内，约束着衬砌变形的围岩，相应地产生被动抵抗力，即“弹性抗力”。
第6章隧道结构计算
α— 轴向力偏心影响系数。 1 1.5 e0 h
抗拉控制检算
大偏心判断准则：
e0 0.2h
此时承载能力由抗拉强度控制：
KN 1.75Rlbh
6e0 1 h
式中： Rl — 混凝土的抗拉极限强度，
其它符号意义同前。
6.5 衬砌截面强度验算
6.4 隧道洞门计算
1.洞门墙墙身抗压承载能力计算(承载能力极限状态)
2.洞门墙墙身抗裂承载能力计算(正常使用极限状态)
6.4 隧道洞门计算
3.洞门墙地基承载能力计算
4.抗倾覆计算 5.抗滑动计算
6.5 衬砌截面强度验算
6.5.1 检算内容
（1）安全系数检算 （2）偏心检算
6.5.2 适用范围
铁路隧道拼装式衬砌、复合式衬砌 双线隧道整体式衬砌 公路隧道衬砌结构
6.5.3 安全系数检算
（1） 允许安全系数 混凝土和石砌结构的强度安全系数
圬工种类及 荷载组合
破坏原因
混凝土
主 附主 要 加要 荷 荷、 载载
石砌体 主 附主 要 加要 荷 荷、 载载钢筋ຫໍສະໝຸດ 凝土主附主要
加要
荷
荷、
载
载
（钢筋）混凝土或石砌
设围岩垂直压力大于 侧向压力， 则存在拱顶 脱离区，两侧 抗力区。
6.2 结构力学方法
6.2.3 隧道衬砌荷载分类
(1) 主动荷载 主要荷载：围岩压力、支护结构自重、回填土荷载、地下 静水压力及车辆活载等。 附加荷载：冻胀压力、地震力等。 (2) 被动荷载 被动荷载是指围岩的弹性抗力，计算有共同变形理论和局 部变形理论。
直刚法计算流程
隧道二衬结构计算书全文
3 蓁山隧道二衬结构计算3.1 基本参数1.二衬参数表二次衬砌采用现浇模筑混凝土，利用荷载结构法进行衬砌内力计算和验算。
二次衬砌厚度设置见表3.1。
表3.1 二次衬砌参数表2.计算断面参数确定隧道高度h=内轮廓线高度+衬砌厚度+预留变形量隧道跨度b=内轮廓线宽度+衬砌厚度+预留变形量各围岩级别计算断面参数见表3.2。
表3.2 计算断面参数（单位：m）3.设计基本资料围岩容重：3/5.20m kN s =γ 二衬材料：C30、C35混凝土 弹性抗力系数：3/250000m kN K = 材料容重：3/25m kN h =γ 弹性模量：kPa E h 7103⨯=二衬厚度：35/40/45/50/55/60/65/70cm 铁路等级：客运专线 行车速度：200km/h隧道建筑限界：双线，按200km/h 及以上的客运专线要求设计 线间距：4.4m曲线半径：1800m ，4000m 牵引种类：电力列车类型：动车组列车运行控制方式：自动控制 运输调度方式：综合调度集中3.2 各级围岩的围岩压力计算按深埋隧道，《规范》公式垂直围岩压力 w q s 1245.0-⨯=γ)]5(1-+=B i w水平围岩压力有垂直围岩压力乘以水平围岩压力系数可得，水平围岩压力系数见表3.3。
各部位垂直围岩压力和水平围岩压力计算结果见表3.4。
表3.3 水平围岩压力系数表3.4 垂直围岩压力及水平围岩压力计算表注：二衬按承担70％的围岩压力进行计算。
3.3 衬砌内力计算衬砌内力计算的原理采用荷载结构法。
该方法用有限元软件MIDAS/GTS实现。
3.3.1 计算简图蓁山隧道衬砌结构为复合式衬砌，二衬结构为带仰拱的三心圆曲墙式衬砌。
典型的计算图式如图3.1所示。
荷载结构模型计算图式如图3.2所示。
围岩用弹簧代替，用弹簧单元模拟，结构用梁单元模拟。
图3.1 三心圆曲墙式衬砌结构图3.2 荷载结构模型计算图式3.3.2 计算过程下面以Ⅱ级围岩为例进行说明。
隧道结构计算
一．基本资料惠家庙公路隧道，结构断面尺寸如下图，内轮廓半径为 6.12m ，二衬 厚度为 0.45m 。
围岩为 V 级，重度为19.2kN/m3，围岩弹性抗力系数为 1.6×105kN/m3，二衬材料为 C25 混凝土，弹性模量为 28.5GPa ，重度 为 23kN/m 3。
考虑到初支和二衬分别承担部分荷载，二衬作为安全储备，对其围岩压力进行折减，对本隧道按照 60%进行折减。
求二衬内力，作出内力图，偏心距分布图。
1）V1级围岩，二衬为素混凝土，做出安全系数分布图，对二衬安全性进行验算。
2）V2级围岩，二衬为钢筋混凝土，混凝土保护层厚度 0.035m ，按结构设计原理对其进行配筋设计。
二．荷载确定1.围岩竖向均布压力:q=0.6×0.45⨯12-S γω式中: S —围岩级别，此处S=5；γ--围岩重度，此处γ=19.2KN/3m ；ω--跨度影响系数，ω=1+i（m l -5），毛洞跨度m l =13.14+2⨯0.06=13.26m ，其中0.06m 为一侧平均超挖量，m l =5—15m 时，i=0.1,此处ω=1+0.1⨯(13.26-5)=1.826。
所以，有：q=0.6×0.451-52⨯⨯19.2⨯1.826=151.456（kPa ）此处超挖回填层重忽略不计。
2.围岩水平均布压力：e=0.4q=0.4⨯151.456=60.582（kPa ） 三．衬砌几何要素 5.3.1 衬砌几何尺寸内轮廓线半径126.12m , 8.62m r r ==内径12,r r 所画圆曲线的终点截面与竖直轴的夹角1290,98.996942φφ=︒=︒； 拱顶截面厚度00.45m,d = 墙底截面厚度n 0.45m d =此处墙底截面为自内轮廓半径2r 的圆心向内轮廓墙底做连线并延长至与外轮廓相交，其交点到内轮廓墙底间的连线。
外轮廓线半径：110 6.57m R r d =+= 2209.07m R r d =+=拱轴线半径：'1200.5 6.345m r r d =+= '2200.58.845m r r d =+=拱轴线各段圆弧中心角：1290,8.996942θθ=︒=︒5.3.2 半拱轴线长度S 及分段轴长S ∆分段轴线长度：'11190π 3.14 6.3459.9667027m 180180S r θ︒==⨯⨯=︒︒'2228.996942π 3.148.845 1.3888973m 180180S r θ︒==⨯⨯=︒︒半拱线长度：1211.3556000m S S S =+=将半拱轴线等分为8段，每段轴长为：11.3556 1.4194500m 88S S ∆===5.3.3 各分块接缝（截面）中心几何要素（1）与竖直轴夹角i α11'1180 1.4194518012.8177296π 6.345πS r αθ∆︒︒=∆=⨯=⨯=︒ 21112.817729612.817729625.6354592ααθ=+∆=︒+︒=︒ 32125.635459212.817729638.4531888ααθ=+∆=︒+︒=︒43138.453188812.817729651.2709184ααθ=+∆=︒+︒=︒54151.270918412.817729664.0886480ααθ=+∆=︒+︒=︒ 65164.088648012.817729676.9063776ααθ=+∆=︒+︒=︒ 76176.906377612.817729689.7241072ααθ=+∆=︒+︒=︒2'2180 1.419451809.2748552π8.845πS r θ∆︒︒∆=⨯=⨯=︒ 87289.72410729.194855298.996942ααθ=+∆=︒+︒=︒另一方面，8129012.817729698.996942αθθ=+=︒+︒=︒ 角度闭合差Δ≈0。
隧道结构计算的结构力学法
9.隧道衬砌结结构计算的矩阵位移法计算步骤：(1)计算衬砌单元刚度位移矩阵(2)计算链杆刚度 (3)计算墙底支座的刚度矩阵(4)集成总体刚度矩阵，并计算各元素值(5)消去已知位移(6)计算节点位 移(7)计算单元节点力。
7.外荷载产生的位移μhp和直墙拱的结构计算:(1)由弹性地基梁公式,计算系数μ1，β1，μ2， β2(墙顶位移)(2)由主动荷载及单位弹性抗力所产生的h点位移计算单位弹性抗力所产生的位移μhσ(3) 由μhp和μhσ求得弹性抗力σh(4)根据任一截面i处的内力表达式得拱的截面内力(5)求出直梁的内力(6) 校核。
10.拱形直墙计算模型：拱圈是一个拱脚弹性固定的无铰拱，拱圈弹性抗力假定为二次抛物线分 布，边墙视为弹性地基梁，全部抗力由文壳勒假设确定。
11.弹性地基梁分类：对于弹性地基梁按其相对长度al不同，可分为以下三种情况：当 1≤al≤2.75，认为是短梁，即梁的一端受力和变形会影响到另一端。当al≥2.75，认为是长梁，即 梁的一端受力和变形不会影响到另一端。当al≤1，认为是绝对刚性梁，即整个梁只产生平动和 转动。
14.矩阵力法和位移法的区别：力法：柔度方程：力;位移法：刚度方程：位移。计算衬砌 结构的单元有三种：一是模拟衬砌结构偏心受压的衬砌单元;二是模拟围岩约束衬砌自由变形 的链杆单元;三是模拟墙底地层约束墙脚变形的弹性支座单元。
元计算科技发展有限公司是一家既年青又悠久的科技型企业。年青是因为她正处在战略重组 后的初创期，悠久是因为她秉承了中国科学院数学研究所在有限元和数值计算方面所开创的光荣 传统。元计算的目标是做强中国人自己的计算技术，做出中国人自己的CAE软件。
盾构区间隧道结构计算书
西场站〜西村站〜广州火车站〜草暖公园区间盾构隧道结构计算书一、结构尺寸隧道内径：5400：隧道外径：6000：管片厚度：300mm：管片宽度：1500mm。
二、计算原则选择区间隧道地质条件较差、隧道埋深较大、地面有特殊活载（地面建筑物桩基、铁路线等）等不同地段进行结构计算。
三、汁算模型计算模型采用修正惯用设计法。
考虑管片接头影响，进行刚度折减后按均质圆环进行计算；水平地层抗力按三角形抗力考虑；计算结果考虑管片环间错缝拼装效应的影响进行内力调整。
弯曲刚度有效率n二0.8,弯矩增大系数§二0.3。
计算简图如下图所示。
使用AXSYS程序软件进行结构计算。
■ ・■・"・A-l-A一A-ll・・s j. • ・■-••:•••1 I♦' ■i 1 •[ 亡J 'i i•八*•■r-**i F I•f)•I MTMR 力• • •、SM■ ftV4询氯修正惯用设讣法计算模型计算模型节点划分四、计算荷载荷载分为永久荷载、活载、附加荷载和特殊荷载等四种。
1）永久荷载：管片自重、水土压力、上部建筑物基础产生的荷载。
考虑地层特征采取水土合算或水土分算。
2）活载：地面超载一般按20KN/m2计；有列车通过地段按40KN/m2 ITo3）附加荷载：施工荷载一一盾构千斤顶推力，不均匀注浆压力，相邻隧道施工影响等。
4）特殊荷载：地震力一一按抗震基本烈度为7度汁算，人防荷载按六级人防计算，按动载化为静载计算。
五、内力计算1、一般地段：地质条件较差、埋深较大地段（地面超载20KN/m2）:里程YCK5+990选取地质钻孔为MEZ2-A073。
隧道埋深约33. 9m,地下水位在地面下5. Om。
地层由上至下分别为<l>-7. 3m： <5-l>-39. 2m； <5-2>-20mo隧道所穿过地层为〈5- 2>o 隧道横断面与地层关系如下图所示:<5-1>隧道横断面与地层关系2、列车通过地段：地面超载40KN/m2,里程YCK6+050选取地质钻孔为MEZ2-A166。
隧道结构计算书
地 面
H1=25m
q1 qm e1
h'=4.1m H2=17m
q2 qz e 3 e4
e3 e4
e' 1
h=11.58m
e2
B=32.22m
e' 2
图 3-1 浅埋连拱隧道荷载计算示意图 图 3-1 所示为连拱隧道 V 级围岩浅埋段最大埋深处隧道二次衬砌结构荷载计 算示意图。从图中看出，左侧洞室埋深大于右侧洞室，存在偏压现象。隧道结构
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隧道结构计算书
H q1 H1 1 1 tan B H q2 H 2 1 2 tan B
中隔墙顶部三角形块体自重荷载为：
qz h
作用在衬砌上的隧道两侧水平围岩压力为：
e1 H1 e2 ( H1 h) H 2 e1 ( H 2 h) e2
得：
tan =tanc
(tan 2 c 1)tanc ＝2.52 tanc tan
tan tan c ＝0.35 tan 1 tan (tan c tan ) tan c tan
25 H q1 H1 1 1 tan 25 25 1 0.35 0.384 ＝560kPa B 32.22
H p 2.5hq
式中：Hp—浅埋隧道分界深度(m)； hq—荷载等效高度(m)，按下式计算：
hq
式中， 为围岩重度(kN/m3)；
q
q 为 V 级围岩深埋隧道围岩垂直均布压力(kN/m2)，
q h 0.45 2s 1
式中，s 为围岩级别， 为宽度影响系数， 1 i(0.5B 5) ，B 为连拱隧道宽度 (m)；i 为 B 每增减 1m 时的围岩压力增减率，以 B>5m 时，取 i=0.1。 由上述计算过程计算 V 级围岩浅埋和深埋隧道的分界高度 H p ：
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重庆交通大学教案第6章隧道结构计算6.1 概述6.1.1 引言隧道结构工程特性、设计原则和方法与地面结构完全不同，隧道结构是由周边围岩和支护结构两者组成共同的并相互作用的结构体系。
各种围岩都是具有不同程度自稳能力的介质，即周边围岩在很大程度上是隧道结构承载的主体，其承载能力必须加以充分利用。
隧道衬砌的设计计算必须结合围岩自承能力进行，隧道衬砌除必须保证有足够的净空外，还要求有足够的强度，以保证在使用寿限内结构物有可靠的安全度。
显然，对不同型式的衬砌结构物应该用不同的方法进行强度计算。
隧道建筑虽然是一门古老的建筑结构，但其结构计算理论的形成却较晚。
从现有资料看，最初的计算理论形成于十九世纪。
其后随着建筑材料、施工技术、量测技术的发展，促进了计算理论的逐步前进。
最初的隧道衬砌使用砖石材料，其结构型式通常为拱形。
由于砖石以及砂浆材料的抗拉强度远低于抗压强度，采用的截面厚度常常很大，所以结构变形很小，可以忽略不计。
因为构件的刚度很大，故将其视为刚性体。
计算时按静力学原理确定其承载时压力线位置，检算结构强度。
在十九世纪末，混凝土已经是广泛使用的建筑材料，它具有整体性好，可以在现场根据需要进行模注等特点。
这时，隧道衬砌结构是作为超静定弹性拱计算的，但仅考虑作用在衬砌上的围岩压力，而未将围岩的弹性抗力计算在内，忽视了围岩对衬砌的约束作用。
由于把衬砌视为自由变形的弹性结构，因而，通过计算得到的衬砌结构厚度很大，过于安全。
大量的隧道工程实践表明，衬砌厚度可以减小，所以，后来上述两种计算方法已经不再使用了。
进入本世纪后，通过长期观测，发现围岩不仅对衬砌施加压力，同时还约束着衬砌的变形。
围岩对衬砌变形的约束，对改善衬砌结构的受力状态有利，不容忽视。
衬砌在受力过程中的变形，一部分结构有离开围岩形成“脱离区”的趋势，另一部分压紧围岩形成所谓“抗力区”，如图6-1所示。
在抗力区内，约束着衬砌变形的围岩，相应地产生被动抵抗力，即“弹性94重庆交通大学教案95抗力”。
抗力区的范围和弹性抗力的大小，因围岩性质、围岩压力大小和结构变形的不同而不同。
但是对这个问题有不同的见解，即局部变形理论和共同变形理论。
图6.1.1 图6.1.2局部变形理论是以温克尔（E.Winkler ）假定为基础的。
它认为应力（i σ）和变形（i δ）之间呈直线关系，即i i k δσ=，k 为围岩弹性抗力系数，见图6.1.2(a)。
这一假定，相当于认为围岩是一组各自独立的弹簧，每个弹簧表示一个小岩柱。
虽然实际的弹性体变形是互相影响的，施加于一点的荷载会引起整个弹性体表面的变形，即共同变形，见图6.1.2(b)。
但温克尔假定能反映衬砌的应力与变形的主要因素，且计算简便实用，可以满足工程设计的需要。
应当指出，弹性抗力系数k 并非常数，它取决于很多因素，如围岩的性质、衬砌的形状和尺寸、以及荷载类型等。
不过对于深埋隧道，可以视为常数。
共同变形理论把围岩视为弹性半无限体，考虑相邻质点之间变形的相互影响。
它用纵向变形系数E 和横向变形系数μ表示地层特征，并考虑粘结力C 和内摩擦角ϕ的影响。
但这种方法所需围岩物理力学参数较多，而且计算颇为繁杂，计算模型也有严重缺陷，另外还假定施工过程中对围岩不产生扰动等，更是与实际情况不符。
因而，我国很少采用。
本章将讨论局部变形理论中目前仍有实用价值的方法。
6.1.2 隧道结构体系的计算模型国际隧道协会(ITA)在1987年成立了隧道结构设计模型研究组，收集和汇总了各重庆交通大学教案会员国目前采用的地下结构设计方法，如表6.1.1所示。
经过总结，国际隧道协会认为，目前采用的地下结构设计方法可以归纳为以下4种设计模型：表6.1.1 一些国家采用的设计方法概况┌───┬──────────────┬───────────────┬──────────││盾构开挖的│喷锚钢支撑的│中硬石质深埋隧道│││软土质隧道│软土质隧道││├───┼──────────────┼───────────────┼──────────┼│奥地利│弹性地基圆环│弹性地基圆环、有限元法、收敛│经验法││││一约束法││├───┼──────────────┼───────────────┼──────────┤││覆盖层厚＜2D，顶部无约束的│覆盖层厚＜2D ，顶部无约束的│全支永弹性地基圆环││德国│弹性地基圆环；覆盖层厚＞3D，│弹性地基圆环；覆盖层厚＞3D，全│、有限元法、连续介质│││全支承弹性地基圆环、有限元法│全支承弹性地基圆环、有限元法│或收敛—约束法│├───┼──────────────┴───────────────┼──────────┤│法国││有限元法、作用-反作用模型、经│连续介质模型、收敛│││弹性地基圆环有限元法│验法│一约束法、经验法│├───┼──────────────┬───────────────┼──────────┤│日本│局部支承弹性地基圆环│局部支承弹性地基圆环、经验加│弹性地基框架、有限││││测试有限元法│元法、特性曲线法│├───┼──────────────┼───────────────┼──────────┤│││初期支护：有限元法、│初期支护：经验法││中国│自由变形或弹性地基圆环│收敛一约束法│永久支护：作用和反││││二期支护；弹性地基圆环│作用模型│││││大型洞室：有限元法│├───┼──────────────┼───────────────┼──────────┤│瑞士││作用一反作用模型│有限元法，有时用│││││收敛-约束法│├───┼──────────────┼───────────────┴──────────┤│英国│弹性地基圆环缪尔伍德法│收敛—约束法、│有限元法、收敛-约束││││经验法│法、经验法│├───┼──────────────┼───────────────┬──────────┤│美国│弹性地基圆环│弹性地基圆环、│弹性地基圆环、││││作用一反作用模型│有限元法、锚杆经验法│└───┴──────────────┴───────────────┴──────────┘（1）以参照过去隧道工程实践经验进行工程类比为主的经验设计法；（2）以现场量测和实验室试验为主的实用设计方法。
例如，以洞周位移量测值为根据的收敛约束法；（3）作用与反作用模型，即荷载—结构模型。
例如，弹性地基圆环计算和弹性地基框架计算等计算法；（4）连续介质模型，包括解析法和数值法。
数值计算法目前主要是有限单元法。
从各国的地下结构设计实践看，目前，在设计隧道的结构体系时，主要采用两类96重庆交通大学教案计算模型，一类是以支护结构作为承载主体，围岩作为荷载同时考虑其对支护结构的变形约束作用的模型。
另一类则相反，视围岩为承载主体，支护结构则为约束围岩变形的模型。
前者又称为传统的结构力学模型。
它将支护结构和围岩分开来考虑，支护结构是承载主体，围岩作为荷载的来源和支护结构的弹性支承, 故又可称为荷载-结构模型。
在这类模型中隧道支护结构与围岩的相互作用是通过弹性支承对支护结构施加约束来体现的，而围岩的承载能力则在确定围岩压力和弹性支承的约束能力时间接地考虑。
围岩的承载能力越高，它给予支护结构的压力越小，弹性支承约束支护结构变形的抗力越大，相对来说，支护结构所起的作用就变小了。
这一类计算模型主要适用于围岩因过分变形而发生松弛和崩塌，支护结构主动承担围岩“松动”压力的情况。
所以说，利用这类模型进行隧道支护结构设计的关键问题，是如何确定作用在支护结构上的主动荷载，其中最主要的是围岩所产生的松动压力，以及弹性支承给支护结构的弹性抗力。
一旦这两个问题解决了，剩下的就只是运用普通结构力学方法求出超静定体系的内力和位移了。
属于这一类模型的计算方法有：弹性连续框架（含拱形）法、假定抗力法和弹性地基梁（含曲梁和圆环）法等都可归属于荷载结构法。
当软弱地层对结构变形的约束能力较差时（或衬砌与地层间的空隙回填，灌浆不密实时），地下结构内力计算常用弹性连续框架法，反之，可用假定抗力法或弹性地基法。
弹性连续框架法即为进行地面结构内力计算时的力法与变形法。
假定抗力法和弹性地基梁法则已形成了一些经典计算方法。
由于这个模型概念清晰，计算简便，易于被工程师们所接受，放至今仍很通用，尤其是对模筑衬砌。
第二类模型又称为岩体力学模型。
它是将支护结构与围岩视为一体，作为共同承载的隧道结构体系，故又称为围岩-结构模型或复合整体模型，见图6.2（b）。
在这个模型中围岩是直接的承载单元，支护结构只是用来约束和限制围岩的变形，这一点正好和上述模型相反。
复合整体模型是目前隧道结构体系设计中力求采用的并正在发展的模型，因为它符合当前的施工技术水平。
在围岩-结构模型中可以考虑各种97重庆交通大学教案几何形状，围岩和支护材料的非线性特性，开挖面空间效应所形成的三维状态，以及地质中不连续面等等。
在这个模型中有些问题是可以用解析法求解，或用收敛-约束法图解，但绝大部分问题，因数学上的困难必须依赖数值方法，尤其是有限单元法。
利用这个模型进行隧道结构体系设计的关键问题，是如何确定围岩的初始应力场，以及表示材料非线性特性的各种参数及其变化情况。
一旦这些问题解决了，原则上任何场合都可用有限单元法围岩和支护结构应力和位移状态。
6.2 隧道衬砌上的荷载类型及其组合围岩压力与结构自重力是隧道结构计算的基本荷载。
明洞及明挖法施工的隧道，填土压力与结构自重力是结构的主要荷载。
《公路隧道设计规范》（JTJ026-90）中在对隧道结构进行计算时，列出了荷载类型，如表6.1.1所示，并按其可能出现的最不利组合考虑。
其他各种荷载除公路车辆荷载之外，在结构计算时考虑的机率很小，有的也很难准确的表达与定量，表中所列荷载不论机率大小，力求其全，是为了体现荷载体系的完整，也是为了在结构计算时荷载组合的安全系数取值，并与《铁路隧道设计规范》（JBJ3-85）的取值保持一致。
同时又本着公路隧道荷载分类向公路荷载分类方法靠的原则，在形式上与《公路桥涵设计通用规范》（JTJ 021—89）保持一致，在取用荷载组合安全系数时又能与铁路隧道荷载分类相对应。
表6-2中的永久荷载加基本可变荷载对应于铁路隧道设计规范中的主要荷载，其它可变荷载对应于铁路隧道的附加荷载，偶然荷载对应于铁路的特殊荷载。
表6.2.1所列的荷载及分类不适用于新奥法（NATM）设计与施工的隧道。
由于隧道设计中贯彻了“早进晚出”的原则，洞口接长明洞的边坡都干很高，加之落石多为滚滑、跳跃落下，直接砸落在明洞上者极少。
而当遇有大量落石和堕落高度较大的石块，可设法避开或者采取清除危石加固坡面等措施，故一般情况下落石冲击力可不考虑。