隧道工程：结构力学方法基本原理

偏压隧道围岩松动压力的确定方法

其他围岩压力理论

结构力学方法的基本原理是：将支护结构和围岩分开考虑，支护结构是承载主体，地层作为荷载的来源和支护结构的弹性支撑。隧道支护结构与围岩的相互作用是通过弹性支撑对支护结构施加约束来体现的。当作用在支护结构上的荷载确定后，可用普通结构力学的方法求解超静定结构的内力和位移。

结构力学方法虽然是以承受岩体松动、崩塌而产生的竖向和侧向主动压力为主要特征，但在围岩与支护结构相互作用的处理上却有几种不同的做法：(www.xing528.com)

（1）主动荷载模式［图6-3-1（a）］。此模式不考虑围岩与支护结构的相互作用，因此，支护结构在主动荷载作用下可以自由变形，其计算原理和地面结构一样。它主要适用于围岩与支护结构的“刚度比”较小的情况，或软弱围岩对结构变形的约束能力较差，没有能力去约束支护结构变形的情况，如采用明挖法施工的城市地铁工程及明洞工程，半衬砌、修建在软土地层中的圆形衬砌常按此种计算模式计算。

图6-3-1　结构力学方法常用的计算模型

（2）主动荷载加被动荷载（围岩弹性约束、弹性抗力）的模式［图6-3-1（b）］。此模式认为围岩不仅对支护结构施加主动荷载，而且由于围岩与支护结构的相互作用，还对支护结构施加被动的约束反力。因此，支护结构在主动荷载和约束反力同时作用下进行工作。这种模式能适用于各种类型的围岩，只是不同围岩所产生的弹性抗力大小不同而已。这种模式基本能反映出支护结构的实际受力状况。

（3）实际荷载模式。这是当前还正在发展的一种模式，它采用量测仪器实地量测作用在支护结构上的荷载。实地量测的荷载值是围岩与支护结构相互作用的综合反映，它既包含围岩的主动压力，也含有弹性抗力。在支护结构与围岩牢固接触时，不仅能量测到径向荷载而且还能量测到切向荷载。切向荷载的存在可减少荷载分布的不均匀程度，从而改善结构的受力情况。否则，就只有径向荷载［图6-3-1（c）］。但应该指出，实地量测的荷载值除与围岩特性有关外，还取决于支护结构的刚度以及支护结构背后回填的质量。因此，某一种实地量测的荷载，只能适用于和量测条件相类似的情况。

结构力学方法只能用于处理平面杆系问题，隧道结构体系从总体来说肯定是一个空间问题，要用结构力学方法进行计算，就必须对其进行简化处理。对于隧道而言，其长度较之横断面尺寸要大得多，而且，隧道结构特性以及作用于隧道结构的荷载沿隧道长度方向基本是不变的，所以可以认为隧道衬砌不会产生纵向位移，因此可以将它作为一个平面应变问题进行处理。在进行力学分析时，可沿隧道纵向取出单位长（一般为1 m）的一段作为研究对象进行计算。