問：隧道設(shè)計(jì)計(jì)算理論的發(fā)展歷程是什么？

　　答案：隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)理論的一個(gè)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(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算理論的發(fā)展大概可分為3個(gè)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(qiáng)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(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，當(dāng)時(shí)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(rèn)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(dòng)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(shí)，它是由絕對(duì)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(jìn)行計(jì)算。這種計(jì)算理論認(rèn)為，作用在支護(hù)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(shí)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(jì)算結(jié)構(gòu)內(nèi)力。作用在結(jié)構(gòu)上的荷載是主動(dòng)的地層壓力，并考慮了地層對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的彈性反力的約束作用。這類壓力理論認(rèn)為，當(dāng)?shù)叵陆Y(jié)構(gòu)埋置深度較大時(shí)，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(dòng)巖體的重力－松動(dòng)壓力。

　　對(duì)于圍巖自身承載能力的認(rèn)識(shí)又分為兩個(gè)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(jì)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(jì)算在主動(dòng)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(rèn)識(shí)到地下結(jié)構(gòu)與地層是一個(gè)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(dú)立的學(xué)科，用連續(xù)介質(zhì)力學(xué)理論計(jì)算地下結(jié)構(gòu)內(nèi)力的方法也逐漸發(fā)展起來。

　　這種計(jì)算方法以巖體力學(xué)原理為基礎(chǔ)，認(rèn)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(hù)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(hù)結(jié)構(gòu)提供了一定的支護(hù)阻力，從而引起它的應(yīng)力調(diào)整，達(dá)到新的平衡；另一方面，由于支護(hù)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。