文档介绍：概 述
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，，由于是用与拱圈同级的混凝土回填的，可以做到密实以外，其余部分的回填则比较松散，不能有效地提供弹性抗力。拱脚处无径向位移，故弹性抗力为零， 处，中间的分布规律较复杂，为简化计算可以假定为按直线分布。考虑弹性抗力的拱圈计算，可参考曲墙式衬砌进行。
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曲墙式衬砌计算
在衬砌承受较大的垂直方向和水平方向的围岩压力时，常常采用曲墙式衬砌形式。它由拱圈、曲边墙和底板组成，有向上的底部压力时设仰拱。曲墙式衬砌常用于Ⅳ耀Ⅵ级围岩中，拱圈和曲边墙作为一个整体按无铰拱计算，施工时仰拱是在无铰拱业已受力之后修建的，因此，一般不考虑仰拱对衬砌内力的影响。
计算图式在主动荷载作用下，顶部衬砌向隧道内变形而形成脱离区，两侧衬砌向围岩方向变形，引起围岩对衬砌的被动弹性抗力，形成抗力区，。抗力图形分布规律按结构变形特征作以下假定：
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①上零点b（即脱离区与抗力区的分界点）与衬砌垂直对称中线的夹角假定为φb=45°。
②下零点a在墙脚。墙脚处摩擦力很大，无水平位移，故弹性抗力为零。
③最大抗力点h假定发生在最大跨度处附近，计算时一般取ah≈23ab，为简化计算可假定在分段的接缝上。
④抗力图形的分布按以下假定计算：拱部bh段抗力按二次抛物线分布，任一点的抗力σi与最大抗力σh的关系为：
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直墙式衬砌计算
直墙式衬砌的计算方法很多，如力法、位移法及链杆法等，本节仅介绍力法。这种直墙式衬砌广泛用于道路隧道，它由拱圈、直边墙和底板组成。计算时仅计算拱圈及直边墙，底板不进行衬砌计算，需要时按道路路面结构计算。
计算原理拱圈按弹性无铰拱计算，，拱脚支承在边墙上，边墙按弹性地基上的直梁计算，并考虑边墙与拱圈之间的相互影响，。由于拱脚并非直接固定在岩层上，而是固定在直墙顶端，所以拱脚弹性固定的程度取决于墙顶的变形。拱脚有水平位移、垂直位移和角位移，墙顶位移与拱脚位移一致。
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边墙的计算
由于拱脚不是直接支承在围岩上，而是支承在直边墙上，所以直墙式衬砌的拱圈计算中的拱脚位移，需要考虑边墙变位的影响。直边墙的变形和受力状况与弹性地基梁相类似，可以作为弹性地基上的直梁计算。墙顶（拱脚）变位与弹性地基梁（边墙）的弹性特征值及换算长度αh有关，按αh可以分为三种情况：边墙为短梁（1<αh<）、边墙为长梁（αh≥）、边墙为刚性梁（αh≤1）。（1）边墙为短梁（1<αh<）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。
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（3）边墙为刚性梁（αh≤1）
换算长度αh≤1时，可近似作为弹性地基上的绝对刚性梁，近似认为αh=0（即EJ=∞ ）。认为边墙本身不产生弹性变形，在外力作用下只产生刚体位移，即只产生整体下沉和转动。由于墙底摩擦力很大，所以不产生水平位移。当边墙向围岩方向位移时，围岩将对边墙产生弹性抗力，墙底处为零，墙顶处为最大值σh，中间呈直线分布。墙底面的抗力按梯形分布，。由静力平衡条件，对墙底中点a取矩，可得：
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衬砌截面强度验算
为了保证衬砌结构强度的安全性，需要在算出结构内力之后进行强度验算。目前我国公路隧道设计规范规定，隧道衬砌和明洞按破坏阶段验算构件截面强度。即根据混凝土和石砌材料的极限强度，计算出偏心受压构件的极限承载能力，与构件实际内力相比较，计算截面的抗压（或抗拉）强度安全系数K。检查是否满足规范所要求的数值，即
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单元刚度矩阵
隧道衬砌内力分析基本上沿着两个方向发展：一个是将围岩与衬砌分开考虑，作用在衬砌上的围岩压力，由现场实测结果或实验室量测结果确定，衬砌即可用一般结构力学方法求解。另一方向则是将围岩与衬砌作为一个整体来考虑，用有限单元法求解。由于地质条件复杂，有时又不能对每一座隧道进行详细的地质勘探和量测，而这两种方法计算的可靠性往往取决于原始资料的可靠程度，在应用上受到一定限制。
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因此，有必要选择一种较简单的，精度稍差的，但尚能在一定程度上反映衬砌受力特点的计算方法，以适应隧道衬砌设计之需要。结构矩阵分析就是一种简单易懂便于掌握的计算方法。使用此法配以电子计