第四章隧道衬砌荷载计算
盾构法隧道衬砌结构设计(设计)(内容详实)
课件类
5
4.1.1盾构法衬砌设计流程
（1）遵守相关规划、规范或标准 （2
设计的隧道内径应该由隧道功能所需要的地 下空间决定。
地铁隧道 公路隧道； 给、排水管道计算流量； 普通管道
课件类
6
4.1.1盾构法衬砌设计流程
（3）荷载类型的确定 作用在衬砌上的荷载包括土压力、水压力、静荷
载、超载及盾构千斤顶的推力等 （4）衬砌条件的确定
其中：
pg g
课件类
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不考虑自重对地基的反作用力：
pe2 pe1 pw1 pw2 pe1 D w
课件类
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4.2.2.5 地面超载
地面超载增加了作用于衬砌上的土压力， 道路交通荷载、铁路交通荷载、建筑物的重量
地面超载及其参考值如下： 公路车辆 铁路车辆 建筑物
课件类
设计者应该确定衬砌的条件，如衬砌的尺寸（厚
（5）计算内力 设计者应该通过使用合适的计算模型及设计方法
课件类
7
课件类
8
4.1.1盾构法衬砌设计流程
（6）安全性校核 设计者应该对照计算出的内力来校核衬砌的安
（7）评估 如果设计的初衬砌不满足设计荷载要求或设计
衬砌安全但不经济，设计者应该改变衬砌的条件并 且重新设计。
• 粘性, 硬质粘土（N≥0）良好地基，H>1～2D时多 采用松弛土压力
• 中等固结的粘土（4≤N＜8）和软粘土（2≤N＜4）, 将隧道的全覆土重力作为土压力考虑实例比较常见。
课件类
45
(2)垂直土压力
• 松弛土压力的计算，一般采用太沙基公式。垂 直土压力的下限值虽然根据隧道使用目的的不 同，但一般将其作为相当于隧道外径的2倍的 覆土厚度的土压力值。当地层为互层分布时， 以地层构成中的支配地层为基础，将地层假设 为单一土层进行计算，或者就以互层的状态进 行松弛土压力的计算。
《隧道衬砌详尽计算》课件
软件应用案例及效果展示
某高速公路隧道施工过程中，采用有 限元分析软件对衬砌结构进行了详尽 的计算和分析，确保了隧道的施工安 全和质量。
此外，该软件还应用于其他多个隧道 工程中，均取得了良好的效果和效益 ，证明了其在隧道衬砌计算中的重要 性和优势。
CHAPTER
有限元分析软件介绍
1
有限元分析软件是一种广泛应用于工程领域的计 算工具，它能够模拟复杂的结构和现象，提供详 尽的分析结果。
2
在隧道衬砌计算中，有限元分析软件能够模拟衬 砌结构的受力状态、变形情况以及稳定性等，为 设计提供重要的参考依据。
3
常见的有限元分析软件包括ANSYS、ABAQUS、 SAP等，这些软件具有强大的计算能力和广泛的 应用领域。
3
有限元法
通过有限元分析软件，模拟衬砌结构的稳定性。
04 隧道衬砌计算的实例分析
CHAPTER
某隧道工程概况
隧道长度：10km
隧道名称：某高速公路隧道
01
隧道断面：矩形断面，宽度
20m，高度5m
02
03
工程地质：隧道穿越山岭地 区，地质条件复杂，包括岩
石、土壤和地下水等
04
05
施工环境：隧道施工难度较 大，需考虑通风、water supply and drainage等
面限制等。
计算结果的分析与评价
受力分析
分析衬砌结构在施工过程中的受力状态，包括衬砌内力、外力和 变形等。
安全评价
根据计算结果，评价衬砌结构的安全性，判断衬砌是否满足设计 要求和施工安全。
优化建议
根据计算和分析结果，提出衬砌结构的优化建议，提高隧道施工 的安全性和可靠性。
隧道衬砌结构及拱脚地基荷载计算
土质地基不大于1/6倍墙底厚度。
第4讲 结构力学方法—隧道拱脚地基荷载的计算
二、隧道拱脚地基荷载的计算
目前我国隧道的相关规范只对明洞地基提出了承载力的要求， 对暗洞地基的承载力没有明确规定。
第4讲 结构力学方法—矩阵位移法
（5）建立结构刚度方程
PP101对）结结KK构构10100每刚个KK度101节11 方点K建程122 立的静形力成平衡方程式，将所有节点的平
0 1
PPiPPP衡nn321方Sii程式S集ii1合SSKiiRii在2211ix一KKK起K32K3i22iii,就,iiii,1i11是KK323结ii33i11构K 的K34K4Kii刚i,iii,ii1,i1K度nn K方i1i1,ini1,i程12 。KKninn,1nR,n11i
Ni Qi Mi Nj
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12EI l3
6EI l2
第4讲 结构力学方法—矩阵位移法
（2)计算过程
（1）进行单元分析，确定单元节点力和单元节点位移的关 系——单元刚度矩阵 （2）进行整体分析，将每一个节点上有共同位移的各单元刚 度矩阵元素简单的叠加起来，建立以节点静力平衡为条件的结 构刚度方程 （3）利用边界条件，由结构刚度方程中解出未知的结构各节 点的位移，也就是解结构刚度方程 （4）根据变形协调条件，求得汇交于该节点各单元的单元节 点位移，进而求出单元节点力——衬砌内力
偏压隧道衬砌作用计算方法
偏压隧道衬砌作用计算方法C.0.1偏压隧道设计时，在假定偏压分布图形与地面坡度一致(图C.0.1)作用下，其垂直压力宜按下列公式计算：Q=Z[(力+〃，)8—(劝2+z7∕2)tano](C.0.1-1) z=—!—X ------------------------- tan "T ----------------------- (C.0.1-2) tan β-tana 1+tan^(tan φc -tan θ)+tan φc tan Θ/= ]X _______________ t an∕Γ-ta∏∙ ____________tan∕7,+tanα1+tan/(tan φc -tan+tan φc tan Oteβ-taια *：—G(CoJ —3)tan β=tan 纥÷叵互画良三逅 Ytan φt .-tan θtan β∙=tan 仍÷附纥+W 国Ytan φc-tan θ 式中：h ——内侧由拱顶水平至地面的高度（m ）；h ,——外侧由拱顶水平至地面的高度（m ）；B ——隧道宽度（m ）；γ ---- 围岩重度（kN/m 3）；O ——顶板土柱两侧摩擦角（°）；当无实测资料时，宜按表BO1选取;λ——内侧的侧压力系数；才——外侧的侧压力系数；o. --- 地面坡度角（°）;φr —围岩计算摩擦角（°）,可按表B.0.2取值；β——内侧产生最大推力时的破裂角（°）;β,——外侧产生最大推力时的破裂角（o ）o (C.0.1-4) (C.0.1-5)图CO1偏压隧道衬砌作用（荷载）计算图式C.0.2在荷载作用下的水平侧压力宜按下列公式计算：内侧：e i=γh iλ夕卜侧：e i=γh i,λ,,式中：h i—内侧任一点i至地面的距离（m）；h；—外侧任一点i至地面的距离（m）。
(C.0.2-1) (C.0.2-2)。
隧道衬砌计算
第五章隧道衬砌结构检算5.1结构检算一般规定为了保证隧道衬砌结构的安全，需对衬砌进行检算。
隧道结构应按破损阶段法对构件截面强度进行验算。
结构抗裂有要求时，对混凝土应进行抗裂验算。
5.2 隧道结构计算方法本隧道结构计算采用荷载结构法。
其基本原理为：隧道开挖后地层的作用主要是对衬砌结构产生荷载，衬砌结构应能安全可靠地承受地层压力等荷载的作用。
计算时先按地层分类法或由实用公式确定地层压力，然后按照弹性地基上结构物的计算方法计算衬砌结构的内力，并进行结构截面设计。
5.3 隧道结构计算模型本隧道衬砌结构验算采用荷载—结构法进行验算，计算软件为ANSYS10.0。
取单位长度（1m）的隧道结构进行分析，建模时进行了如下简化处理或假定：①衬砌结构简化为二维弹性梁单元（beam3），梁的轴线为二次衬砌厚度中线位置。
②围岩的约束采用弹簧单元（COMBIN14），弹簧单元以铰接的方式支撑在衬砌梁单元之间的节点上，该单元不能承受弯矩，只有在受压时承受轴力，受拉时失效。
计算时通过多次迭代，逐步杀死受拉的COMBIN14单元，只保留受压的COMBIN14单元。
图5-1 受拉弹簧单元的迭代处理过程③衬砌结构上的荷载通过等效换算，以竖直和水平集中力的模式直接施加到梁单元节点上。
④衬砌结构自重通过施加加速度来实现，不再单独施加节点力。
⑤衬砌结构材料采用理想线弹性材料。
⑥衬砌结构单元划分长度小于0.5m。
隧道结构计算模型及荷载施加后如图5-2所示。
5.4 结构检算及配筋本隧道主要验算明洞段、Ⅴ级围岩段和Ⅳ级围岩段衬砌结构。
根据隧道规范深、浅埋判定方法可知，Ⅴ级围岩段分为超浅埋段、浅埋段和深埋段。
Ⅳ级围岩段为深埋段。
根据所给的材料基本参数和修改后的程序，得出各工况下的结构变形图、轴力图、建立图和弯矩图。
从得出的结果可知，Ⅴ级围岩深埋段，所受内力均较大，故对此工况进行结构检算。
5.4.1 材料基本参数 (1)Ⅴ级围岩围岩重度318.5/kN m γ=，弹性抗力系数300/k MPa m =，计算摩擦角045ϕ=，泊松比u=0.4。
隧道衬砌上的荷载类型及其组合结构计算
2、隧道结构体系的计算模型 经过总结，国际隧道协会(ITA) 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：
● 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；
● 以现场量测和实验室试验为主的实用设计方法
● 作用与反作用模型，即荷载—结构模型
● 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。
6.2 隧道衬砌上的荷载类型及其组合
1、基本荷载 围岩压力与结构自重力是隧道结构计算的基本荷载
2、隧道结构上的荷载及其类型 作用在衬砌上的荷载，按其性质也可以区分为主动荷载
与被动荷载。 ● 主动荷载是主动作用于结构、并引起结构变形的荷载； ● 被动荷载是因结构变形压缩围岩而引起的围岩被动抵抗 力，即弹性抗力，它对结构变形起限制作用。
2、边墙的计算 ——弹性地基上的直梁
⑴ 直边墙计算分类：
● 刚性边墙 h 1 ● 短边墙 1 h 2.75 ● 长边墙 h 2.75
⑵ 边墙为短梁的计算： 短梁的一端受力及变形对另一端有影响，计算墙顶变位时，要考
虑到墙脚的受力和变形的影响。
●
墙顶在单位弯矩M c
1单独作用下，墙顶的转角
和水平位移
⑴ 在垂直荷载作用下拱圈向坑道内变形，为自由变形， 不产生弹性抗力 ；
⑵ 拱脚产生角位移和线位移，并使拱圈内力发生改变， 计算中除按固端无铰拱考虑外，还必须考虑拱脚位移的 影响
⑶ 假定拱脚没有径向位移，只有切向位移；
⑷ 对称的垂直分位移对拱圈内力不产生影响；
⑸ 拱脚的转角 和a 切向位移的水平分位移 是u必a 须考虑
X1 (11 1 ) X 2 (12 f1 ) 1 a 0 X1 ( 21 f1 ) X 2 ( 22 f 2 1 ) 2 f a 0
铁路隧道衬砌受力计算公式
铁路隧道衬砌受力计算公式隧道是铁路线路中重要的组成部分，它可以穿越山脉、河流等地形障碍，使铁路线路更加通畅。
而隧道的衬砌是保证隧道结构安全稳定的重要组成部分。
在设计和施工隧道衬砌时，需要对其受力情况进行合理的计算，以保证其安全可靠。
在铁路隧道衬砌的受力计算中，需要考虑到多种因素，包括隧道的地质情况、地表荷载、车辆荷载等。
为了准确计算隧道衬砌的受力情况，需要使用一定的公式和方法。
首先，我们来看一下隧道衬砌的受力计算公式：1. 地表荷载的计算公式：地表荷载是指地表以上的荷载，包括建筑物、交通载荷等。
在铁路隧道衬砌的设计中，需要考虑地表荷载对衬砌的影响。
地表荷载的计算公式为：P = qA。
其中，P为地表荷载，q为单位面积的地表荷载值，A为地表面积。
2. 车辆荷载的计算公式：铁路隧道是铁路线路的一部分，车辆荷载是指通过隧道的列车对隧道衬砌的荷载。
车辆荷载的计算公式为：P = qL。
其中，P为车辆荷载，q为单位长度的车辆荷载值，L为车辆长度。
3. 地质荷载的计算公式：地质荷载是指地下岩层对隧道衬砌的荷载。
地质荷载的计算公式为：P = γh。
其中，P为地质荷载，γ为岩层的密度，h为岩层的厚度。
在实际的隧道衬砌设计中，需要综合考虑地表荷载、车辆荷载和地质荷载对隧道衬砌的影响，进行合理的受力计算，以保证隧道衬砌的安全可靠。
除了上述的受力计算公式外，还需要考虑到隧道衬砌的材料和结构形式对受力的影响。
隧道衬砌的材料通常为混凝土、钢筋混凝土等，其受力性能需要通过实验和理论分析进行评定。
而隧道衬砌的结构形式包括单壁式、双壁式、拱形等，不同结构形式对受力的分布和传递方式有所不同，需要进行详细的计算和分析。
在进行隧道衬砌受力计算时，还需要考虑到温度变化、地震荷载等外部因素对隧道衬砌的影响。
温度变化会导致隧道衬砌的膨胀和收缩，地震荷载会对隧道衬砌产生冲击和振动，这些外部因素需要进行合理的考虑和计算。
总之，铁路隧道衬砌受力计算是一个复杂的工程问题，需要考虑多种因素的综合影响。
隧道设计衬砌计算范例(结构力学方法)
1.1工程概况川藏公路二郎山隧道位于四川省雅安天全县与甘孜泸定县交界的二郎山地段, 东距成都约260km , 西至康定约97 km , 这里山势险峻雄伟, 地质条件复杂, 气候环境恶劣, 自然灾害频繁, 原有公路坡陡弯急, 交通事故不断, 使其成为千里川藏线上的第一个咽喉险道, 严重影响了川藏线的运输能力, 制约了川藏少数民族地区的经济发展。
二郎山隧道工程自天全县龙胆溪川藏公路K2734+ 560 (K256+ 560)处回头, 沿龙胆溪两侧缓坡展线进洞, 穿越二郎山北支山脉——干海子山, 于泸定县别托村和平沟左岸出洞, 跨和平沟经别托村展线至K2768+ 600 (K265+ 216) 与原川藏公路相接, 总长8166km , 其中二郎山隧道长4176 m , 别托隧道长104 m ,改建后可缩短运营里程2514 km , 使该路段公路达到三级公路标准, 满足了川藏线二郎山段的全天候行车。
1.2工程地质条件1.2.1 地形地貌二郎山段山高坡陡,地形险要,在地貌上位于四川盆地向青藏高原过渡的盆地边缘山区分水岭地带,隶属于龙门山深切割高中地区。
隧道中部地势较高。
隧址区地形地貌与地层岩性及构造条件密切相关。
由于区内地层为软硬相间的层状地层,构造为西倾的单斜构造,故地形呈现东陡西缓的单面山特征。
隧道轴线穿越部位,山体浑厚,东西两侧发育的沟谷多受构造裂隙展布方向的控制。
主沟龙胆溪、和平沟与支沟构成羽状或树枝状,横断面呈对称状和非对称状的“v ”型沟谷,纵坡顺直比降大,局部受岩性构造影响,形成陡崖跌水。
1.2.2 水文气象二郎山位于四川盆地亚热带季风湿润气候区与青藏高原大陆性干冷气候区的交接地带。
由于山系屏障,二郎山东西两侧气候有显著差异。
东坡潮湿多雨,西坡干燥多风,故有“康风雅雨”之称。
全年分早季和雨季。
夏、秋两季受东进的太平洋季风和南来的印度洋季风的控制,降雨量特别集中；冬春季节,则受青藏高原寒冷气候影响,多风少雨,气候严寒。
隧道衬砌设计与计算
《公路隧道设计规范》JTG D70-2004中在对隧道结构进行计算时，《列出 了荷载类型，（如表5-1所示）并按其可能出现的最不利组合考虑。
表5-1 作用在隧道结构上的荷载
（2）荷载组合：
结构自重＋围岩压力＋附加恒载（基本） 结构自重＋土压力＋公路荷载＋附加恒载 结构自重＋土压力＋附加恒载＋施工荷载＋ 温度作用力 结构自重＋土压力＋附加恒载＋地震作用
⑶ 拱脚没有径向位移，只有切向位移；
⑷ 对称的垂直分位移对拱圈内力不产生影响；
⑸ 拱脚的转角 和切向位移的水平分位移 是必须考虑的
3、正则方程（拱顶切开处截面相对位移为0）
根据结构力学方法可以建立正则方程：
X 1 11 X 2 12 1P a 0 X121 X 222 2P fa ua 0
（6） 墙脚支承在弹性岩 体上，可发生转动和垂直 位移(无水平位移)
bh段： i
cos2 b cos2 b
cos2 i cos2 h
h
ha段： i
1
y
' i
y
' h
2
h
2 、主动荷载作用下的力法方程和衬砌内力
力法方程：
X 1p11 X 2 p12 1p ap 0 X 1p 21 X 2 p 22 2 p f ap uap 0
式中： ik ,
位转角；
0 ap
ip是为基基本本结结构构的墙单底位的位荷移载和转主角动；荷f 载为位衬移砌；的矢1高是。墙底单
求得 X1p , X 2 p 后，在主动荷载作用下，衬砌内力即可计 算：
M ip
X1p
X 2 p yi
M
0 ip
N ip
X2p
cos i
第四章隧道衬砌设计
第四章隧道衬砌设计4.1围岩划分隧道围岩级别划分主要依据岩体弹性波速度、岩样饱和极限抗压强度、岩石质量指标，并结合围岩分化程度、完整性、坚硬程度、节理发育程度、断层及地下水影响程度等进行综合分类。
依据实际资料在确定隧道围岩级别时，制定以下原则：（1）以交通部行业标准《公路隧道设计规范》（JTG D70-2004）提供数据为围岩级别划分标准。
（2）遇断层破碎带，围岩级别较同类岩石降低1～2等级，影响带推至洞底以上40～80米与断层交界处。
（3）为便于隧道施工，按隧道开挖过程中可能遇到的地层和构造情况分段划分评价。
（4）未有钻孔控制段，参照勘测区同类岩石已有资料进行类比分级。
4.2支护形式的选择及参数确定由于本隧道为高速公路隧道，根据规范可知本隧道应采用复合式衬砌，即由初期支护和二次衬砌及中间夹防水层组合而成的衬砌形式，其中初期支护采用锚喷支护二次衬砌采用模铸混凝土衬砌。
同时衬砌设计参数以工程类比法并结合计算分析确定，断面型式采用等截面三心圆，对于Ⅲ级围岩采用无仰拱衬砌，对于Ⅳ、Ⅴ级围岩均采用带仰拱衬砌。
4.2.1初期支护布置如下：Ⅲ级围岩初期支护采用径向系统锚杆，钢拱支撑配合喷射混凝土形成整体。
系统锚杆采用普通水泥砂浆锚杆，直径为22mm，长度为2.0m，采用梅花形布置，环、纵向间距为1.0m。
钢筋网矩形布置，间距25cm，采用直径6.5的钢筋。
Ⅲ级围岩喷射混凝土采用C20混凝土，厚度为10cm。
Ⅳ级围岩初期支护采用径向系统锚杆，钢拱架支撑配合喷射混凝土形成整体。
系统锚杆采用中空注浆锚杆,直径为25mm,长度为2.5m，采用梅花形布置，环、纵向间距为1.0m。
钢拱架型号为I16，间距为1.0m。
钢筋网矩形布置，间距25cm，采用直径6.5的钢筋。
Ⅳ级围岩喷射混凝土采用C30混凝土，厚度为15cm。
Ⅴ级围岩初期支护采用径向系统锚杆，钢拱架支撑配合喷射混凝土形成整体。
系统锚杆采用中空注浆锚杆,直径为25mm，长度为3.0m，采用梅花形布置，环、纵向间距为1.0m。
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第四章隧道衬砌荷载计算4.1围岩压力4.1.1围岩压力的概念地下硐室不同于地面建筑，位于岩体介质中，因此应当把围岩视为支护结构的共同承载部分，也就是说，应由支护结构（无论是临时的或永久的）和围岩共同组成静力承载体系。
围岩的静力作用是十分重要的，如果没有这种作用，硐室的施工将是十分困难或者是不可能的。
实际上在岩体中开挖硐室，出现围岩二次应力，同时硐室相应的产生变形和位移。
不同的地质条件和工程条件下，硐室围可能出现两种情况：①硐室的变形属于弹性变形，在无支护情况下仍然能够维持稳定；②硐室的变形属于非弹性变形，由于围岩继续变形导致其破坏，甚至出现大量的塌落，这时就需要支护结构来约束围岩变形的继续扩展，因而支护结构受到围岩变形时产生的压力。
围岩二次应力全部作用称为围岩压力。
围岩二次应力的作用在无支护硐室中出现在硐室周围的部分区域内；在有支护结构（临时的或永久性支护）的硐室中表现为围岩和支护结构的相互作用。
目前一般工程认为的围岩压力是指由二次应力使围岩产生变形或破坏所引起的作用在衬砌上的压力，这种概念实际上是属于狭义的围岩压力。
4.1.2围岩压力的形成关于围岩压力的形成机理以及随时间发生、发展的过程可用奥地利腊布塞维奇教授的剪切滑移破坏理论来说明。
若围岩没有受到其他硐室的影响，且开挖爆破过程中没有受到破坏，则硐室周围的围岩压力随着时间的发展可以分为三个阶段，只讨论在岩体内最大压应力为垂直方向的情况。
在第一阶段，由于岩体的变形，在硐室的周围边界上产生一般的挤压。
同时，在两侧岩石内形成楔形岩块，在两个楔形岩块有向硐室内部滑移的趋势，从而侧向产生压力，这种楔形岩块是由于两侧岩石剪切破坏而形成的。
在第二阶段，在侧向楔形块体发生某种变形以后，硐室的跨度似乎增大。
因此，在岩体内形成了一个垂直椭圆形的高压力区，在椭圆曲线与硐室周界线间的岩体发生了松动。
在第三个阶段，硐顶和硐底的松动岩体开始变形，并向硐内移动，硐顶松动岩石在重力作用下有掉落的趋势，围岩压力逐渐增加。
4.1.3围岩压力的分类围岩压力可分为四种：松动压力、塑形变形压力、冲击压力和膨胀压力。
4.1.4围岩压力的确定方法隧道开挖前，地层中各点的应力保持着相对的平衡，地层处于相对静止状态，称为原始应力状态。
它是由上覆地层自重、地壳运动的残余应力及地下水活动等因素决定的。
为了研究方便，仅考虑由上覆地层自重所形成的原始应力，并取深度H处得一个单元体来做应力分析。
该单元体受到三对大小相同、方向相反的压力作用，因此该单元体处于力的平衡状态和变形运动的相对静止状态。
在上覆地层自重作用下，竖直压力为 式中 —上覆地层的平均重度；H —从地面到单元体所处的深度（m ）。
由于单元体的侧向变形受到周围地层的限制，便产生了侧向压力，按下式计算式中 —侧压力系数。
根据侧向应变为零的条件，并把地层假定为各向同性的弹性体，可以推导出计算公式，即式中 —地层岩石的泊松比。
隧道开挖后，围岩原来保持的平衡状态受到破坏，由相对静止状态变成显著运动状态，由于围岩在应力以及应变方面开始了一个新的变化运动，出现了围岩应力的重分布和围岩开挖空间的变形，力图达到新的平衡。
变形的大小性质及大小是不同的。
在竖硬且完整的岩石中，围岩岩体本身强度足以承受隧道周边应力，这时围岩是自承的，不需要支撑或衬砌提供外加平衡力。
在松软的或裂隙围岩中，由于围岩体破碎，再加上在开挖时受到爆破振动，因而在隧道周边一定范围内岩体遭到严重破坏，同时，围岩体本身强度低，不足以抵抗围岩的周边应力，因此这一部分岩体在隧道开挖后开始产生向内的变形运动，并逐渐出现松动和坍塌，松动或坍塌的岩体对支护结构施加压力，此压力即为围岩压力。
1、围岩压力的确定方法围岩压力的确定目前常用有下列三种方法：（1）直接测量法 它是一种切合实际的方法，也是研究发展的方向，但由于受量测设备和技术水平的制约，目前还不能普遍采用。
（2）经验法或工程类比法 它是根据大量以前工程的实际资料的统计和总结，按不同围岩分级提出围岩压力的经验数值，作为后建隧道工程确定围岩压力的根据的方法。
该法目前使用较多的方法。
（3）理论估算法 它是在实践的基础上从理论上研究围岩压力的方法。
由于地质条件的不确定性，影响围岩压力的因素又非常多，这些因素本身及它们之间的组合也带有一定的偶然性，企图建立一种完善的和合适各种实际情况的通用围岩z p z Hp γ=γ()3kN m z y z H p p p ξξγ===ξξ1μξμ=-μ压力理论及计算方法是困难的，因此，现有的围岩压力理论都不十分切合实际情况。
目前我国隧道工程设计计算中，一般都是以某种简化的假设为前提，考虑几个主要因素的影响，通过经验公式计算或受力分析，使其结果相对地接近实际围岩压力的情况。
2、围岩的成拱作用我国现行隧道设计规范用数理统计的方法给出计算各级围岩坍塌高度的经验公式式中 S —围岩级别B —隧道宽度i —B 每增减1m 时围岩压力的增减率，以B=5m 的围岩垂 直均布压力为准，当B<5m 时，取i=0.2，当B>5m 时，取i=0.1。
坍落拱的形成充分说明了围岩的自承能力。
根据这一点，人们认为，只要支护结构能把塌落拱范围内可能坍落的全部岩体支撑住，围岩不会继续坍落，就能保证隧道的安全使用。
现行设计方法中取塌落拱范围内的全部岩石的重量作为支护结构的主动荷载就是从这一点出发的。
4.1.2深埋隧道围岩压力计算1、松动压力的计算V 级及VI 级围岩产生的围岩压力一般为松动压力，IV 级围岩当岩体结构面胶结不好时，也可能产生松动压力。
松动压力包括垂直压力及水平压力，为了计算简便，一般按均布压力计算。
垂直压力的计算公式如下60.452s q γω-=⨯水平压力可按表4-1确定：表4-1 围岩水平匀布压力计算深埋隧道围岩压力时，必须同时具备两个条件，即：（1） 1.7H B <，其中H 为隧道开挖高度，B 为隧道开挖宽度；（2）不产生显著偏压力及膨胀力的一般隧道。
2、形变压力的计算()10.45215s h i B -=⨯⨯+-⎡⎤⎣⎦IV 级以下围岩一般呈塑性和流变性，隧道开挖后变形的发展往往会持续较久的时间，喷射混凝土层将在同围岩共同变形的过程中对围岩提供支护抗力，使围岩变形得到控制，从而使围岩保持稳定。
与此同时，喷层将受到来自围岩的挤压力，这种挤压力由围岩变形引起，常称作“形变压力”。
围岩与支护间形变压力的传递是一个随时间的推进而逐渐发展的过程。
这类现象称为时间效应。
《公路隧道设计规范》规定，形变压力可采用有限元法计算。
有限元分析中，形变压力常在计算过程中同时确定，而作为开挖效应的模拟，直接施加的荷载是在开挖边界上施加的释放荷载。
释放荷载可由已知初始地应力或与前一步开挖相应的应力场确定。
先求得预计开挖边界上的各结点的应力，并假定各结点间应力呈线性分布，然后反转开挖边界上各结点应力的方向，据以求得释放荷载。
4.1.3浅埋隧道围岩压力计算1、浅埋和深埋隧道的确定浅埋和深埋隧道的分界，按荷载等效高度值，并结合地质条件、施工方法等因素综合判定。
荷载等效高度值的计算公式如下()2~2.5p q h H= 式中()()33k ;qm kN m h γ-荷载等效高度（m ）其中q 为深埋隧道垂直均布压力N 为围岩重度。
在矿山法施工的条件下，IV ～VI 级围岩取 2.5p q H h =；I ～III 级围岩取2p q H h =。
当隧道埋深p H H >时，为深埋隧道，反之，则为浅埋隧道。
2、埋深小于或等于等效荷载高度时的围岩压力计算当隧道埋深小于或等于等效荷载高度时，荷载视为均布垂直压力，按下式计算q H γ=式中 q —垂直均布压力（2/kN m ）；γ—隧道上覆围岩重度（3/kN m ）；H —隧道埋深（m ），指坑顶至地面的距离。
侧向压力e 按均布考虑时其值为()m ;p H —浅埋隧道分界深度=+(45)2c e φγ-2t 1（H ）tan 2H式中 e —垂直均布压力（2/kN m ）；t H —隧道高度（m ）；c φ—围岩计算摩擦角（o），其值见表4-2。
表4-2 各级围岩的物理力学指标标准值注：1.本表数值不包括黄土地层。
2.选用计算摩擦角时，不再计内摩擦角和粘聚力。
3、埋深大于等效荷载高度时的围岩压力计算当隧道埋深大于等效荷载高度q h 而小于等于分界深度p H 时，为了便于计算，假定围岩中形成的破裂面是一条与水平成β角的斜直线。
EFHG 岩土体下沉，带动两侧三棱土体FDB 和ECA 下沉，整个岩土体ABDC 下沉时，又要受到未扰动岩土体的阻力；斜直线AC 和BD 是假定的破裂面，分析时考虑粘聚力C ，并采用计算摩擦角φ；另一滑动面FH 或EG 则并非破裂面，因此，滑面阻力要小于破裂面的阻力，若该滑面的摩擦角为θ，则θ值应小于φ值。
θ值可按表4-3采用。
表4-3 各级围岩的θ值图4-1浅埋隧道围岩压力计算根据图4-1，设隧道上覆岩土体EFHG的重力为W，两侧三棱岩体FDB或ECA 的重力为1W，未扰动岩土体对滑动土体的阻力为F，当EFHG下沉，两侧受到阻力T或'T，则作用于HG面上的垂直压力总值Q浅为'=22sin Q W T W T θ-=-浅三棱体自重为112tan h W h γβ= 式中 h —坑道底部到地面的距离（m ）；β—破裂面与水平面的夹角（o）。
据正弦定理21sin()1=2cos sin 90()T W h βφλγθβφθ-=⎡⎤--+⎣⎦o式中 λ—侧压力系数，按下式计算[]tan tan tan 1tan (tan tan )tan tan cc c βφλββφθφθ-=+-+tan =tan c βφ由上述式子可求得作用在HG 面上的总垂直压力Q 浅2=W-2Tsin =W-tan Q h θγλθ浅 由于GC 、HD 与EG 、EF 相比往往较小，而且衬砌与岩土体之间的摩擦角也不同，前面分析时均按θ计，当中间土块下滑时，由FH 及EG 面传递，考虑压力稍大些对设计的结构也偏于安全，因此，摩阻力不计隧道部分而只计洞顶部分，即在计算中用H 代替h ，这样上式可改写为2=W-tan Q H γλθ浅 由于W=t B H γ，故=(tan )t Q H B H γλθ-浅式中 t B —隧道宽度（m ）。
换算为作用在支护结构上的均布荷载（图4-2），即Q =(1tan )t t H q H B B γλθ=-浅浅式中 q 浅—作用在支护结构上的均布荷载（3/KN m ）；图4-2 浅埋隧道支护结构上的均布荷载作用在支护结构两侧的水平侧压力为1e H γλ=，2e h γλ=侧压力视为均布压力时 121+2e e e =（）。