問：隧道設(shè)計計算理論的發(fā)展歷程是什么？

　　答案：隧道支護結(jié)構(gòu)理論的一個重要問題是如何確定作用在隧道結(jié)構(gòu)上的荷載以及如何考慮圍巖的承載能力。從這方面講，隧道支護結(jié)構(gòu)計算理論的發(fā)展大概可分為3個階段：

　　（1）剛性結(jié)構(gòu)階段：19世紀(jì)的地下建筑物大都是以磚石材料砌筑的拱形圬工結(jié)構(gòu)，這類建筑材料的抗拉強度很低，且結(jié)構(gòu)物中存在有較多的接觸縫，容易產(chǎn)生斷裂。為了維護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，當(dāng)時的地下結(jié)構(gòu)截面都擬定得很大，結(jié)構(gòu)受力后產(chǎn)生的彈性變形較小，因而最先出現(xiàn)的理論是將地下結(jié)構(gòu)視為剛性結(jié)構(gòu)的壓力線理論。

　　壓力線理論認為，地下結(jié)構(gòu)是由一些剛性塊組成的拱形結(jié)構(gòu)，所受的主動荷載是地層壓力，當(dāng)?shù)叵陆Y(jié)構(gòu)處于極限平衡狀態(tài)時，它是由絕對剛體組成的三鉸拱靜定體系，鉸的位置分別假設(shè)在墻底和拱頂，其內(nèi)力可按靜力學(xué)原理進行計算。這種計算理論認為，作用在支護結(jié)構(gòu)上的壓力是其上覆巖層的重力，沒有考慮圍巖自身的承載能力。

　�。�2）彈性結(jié)構(gòu)階段：19世紀(jì)后期，混凝土和鋼筋混凝土材料陸續(xù)出現(xiàn)，并用于建造地下結(jié)構(gòu)，使地下結(jié)構(gòu)具有較好的整體性。從這時起，地下結(jié)構(gòu)開始按彈性連續(xù)拱形框架用超靜定結(jié)構(gòu)力學(xué)方法計算結(jié)構(gòu)內(nèi)力。作用在結(jié)構(gòu)上的荷載是主動的地層壓力，并考慮了地層對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的彈性反力的約束作用。這類壓力理論認為，當(dāng)?shù)叵陆Y(jié)構(gòu)埋置深度較大時，作用在結(jié)構(gòu)上的壓力不是上覆巖層的重力，而只是圍巖坍落體積內(nèi)松動巖體的重力－松動壓力。

　　對于圍巖自身承載能力的認識又分為兩個階段：①假定彈性反力階段：這種理論假定了彈性反力的形狀，以此來計算結(jié)構(gòu)內(nèi)力。②彈性地基梁階段：將隧道邊墻視為支承在側(cè)面和基底地層上的雙向彈性地基梁，即可計算在主動荷載作用下拱圈和邊墻的內(nèi)力。

　　（3）連續(xù)介質(zhì)階段：由于人們認識到地下結(jié)構(gòu)與地層是一個受力整體，20世紀(jì)中期以來，隨著巖體力學(xué)開始形成一門獨立的學(xué)科，用連續(xù)介質(zhì)力學(xué)理論計算地下結(jié)構(gòu)內(nèi)力的方法也逐漸發(fā)展起來。

　　這種計算方法以巖體力學(xué)原理為基礎(chǔ)，認為坑道開挖后向洞室內(nèi)變形而釋放的圍巖壓力將由支護結(jié)構(gòu)與圍巖組成的地下結(jié)構(gòu)體系共同承受。一方面圍巖本身由于支護結(jié)構(gòu)提供了一定的支護阻力，從而引起它的應(yīng)力調(diào)整，達到新的平衡；另一方面，由于支護結(jié)構(gòu)阻止圍巖變形，它必然要受到圍巖給予的反作用力而發(fā)生變形。