隧道工程：高效的设计模型

国际隧道协会在1987年成立了隧道结构设计模型研究组，收集和汇总了各国目前采用的地下结构计算方法，如表6-1-1所示。经过总结，国际隧道协会认为，目前地下结构设计方法可以归纳为四种设计模型：

表6-1-1　一些国家采用的设计方法概况

注：D—隧道开挖的直径（m）。

（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。(www.xing528.com)

（3）作用与反作用模型（结构力学模型），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（岩体力学模型），包括解析法和数值法。数值计算法目前主要是有限单元法和有限差分法等。

各种设计模型或方法各有其适用的场合，也各有自身的局限性。

由于地下结构的设计受到各种复杂因素的影响，因此经验设计法往往占据一定的位置。即使内力分析采用了比较严密的理论，其计算结果往往也需要用经验类比来加以判断和补充。以测试为主的实用设计方法常为现场人员所欢迎，因为它能提供直觉的材料，以更确切地估计地层和地下结构的稳定性和安全程度。理论计算法可用于进行无经验可循的新型工程设计，因而基于作用与反作用模型和连续介质模型的计算理论成为一种特定的计算手段愈益为人们所重视。工程技术人员在设计地下结构时，往往要同时进行多种设计方法的比较，以做出较为经济合理的设计。

与以上设计模型对应，目前从地下结构理论发展情况看，其设计计算方法大致分为：结构力学方法、岩体力学方法、信息反馈法、以工程类比为依据的经验法。隧道支护结构的设计应根据围岩条件（围岩的强度特性、初始地应力场等）和设计条件（隧道断面形状、隧道周边地形条件、环境条件等）选择合适的设计方法。