5.2　衬砌结构计算

5.2.1　衬砌结构计算应符合下列规定：

1　暗挖隧道结构应按破损阶段法验算构件截面的强度。结构抗裂有要求时，对混凝土构件应进行抗裂验算，对钢筋混凝土构件应验算其裂缝宽度；

2　采用荷载结构法计算隧道衬砌时，应计入围岩对衬砌变形的约束作用，如弹性抗力。弹性抗力的大小及分布可根据衬砌在荷载作用下的变形、回填情况和围岩的变形性质等因素，采用局部变形理论，由下式计算确定：

式中：σ——弹性抗力强度；

K——围岩弹性抗力系数；

δ——衬砌向围岩的变形值。

5.2.2　荷载计算应符合下列规定：

1　隧道结构上的荷载应按表3.4.1分类；

2　暗挖法隧道可分为深埋和浅埋两种类型，深埋、浅埋隧道划分标准如下：

式中：h——地下结构的埋深（顶板上覆地层的净高度）；

αhq——地下开挖的有效影响高度；

α——有效影响系数，反映的是天然拱内外岩体的塌落与变形范围，一般取α=2.0～2.5（围岩愈软弱，α愈宜取较大值）；

hq——天然拱的高度；

s——围岩的级别；

B——洞室的开挖跨度；

i——B每增减1m时的围岩压力增减率，当B＜5m时，取i=0.2，B＞5m时，可取i=0.1。

3　浅埋隧道围岩压力计算方法如下：

1）垂直荷载计算方法：对于地面基本水平的浅埋隧道，所受的荷载具有对称性，计算公式如下：

式中：θ——顶板土柱两侧摩擦角，当无实测资料时，可按照表5.2.2-1选取；

λ——侧压力系数；

γ——土的容重；

B——洞室的开挖跨度；

φc——围岩计算摩擦角；

β——产生最大推力时的破裂角。

2）水平压力计算方法：

式中：hi——内外侧任意点至地面的距离；

ei——水平压力。

浅埋隧道围岩压力示意图如图5.2.2所示。

4　深埋隧道围岩压力计算方法如下：

围岩中深埋隧道的围岩压力可视为松动荷载，其垂直匀布压力及水平匀布压力可按公式（5.2.2-8）计算：

与之相应的侧向压力e的计算公式为

式中：η——视围岩级别不同而按经验取值的侧向压力系数，可参照表5.2.2-2选取。

5.2.3　衬砌计算应符合下列规定：

1　整体式衬砌采用荷载结构法计算。

2　Ⅰ级～Ⅲ级围岩复合式衬砌的初期支护应主要按工程类比法设计；Ⅳ级～Ⅵ级围岩的支护参数应通过计算确定，计算方法为地层结构法。

3　复合式衬砌中的二次衬砌，Ⅰ级～Ⅲ级围岩中为安全储备，并按构造要求设计；Ⅳ级～Ⅵ级围岩中为承载结构，采用地层结构法计算内力和变形。

4　按破损阶段验算构件截面的强度，应根据不同的荷载组合，分别采用不同的安全系数，并不小于表5.2.3所示的数值。验算施工阶段的强度时，安全系数可采用表5.2.3“永久荷载+基本可变荷载+其他可变荷载”栏内的数值乘以折减系数0.9。