荷载及其组合

衬砌上的作用力有：围岩压力、内水压力、外水压力、衬砌自重、灌浆压力、温度作用和地震力等。其中，内水压力、衬砌自重容易确定，而其他荷载通常需在一些假定的前提下作近似计算。

1.围岩压力

围岩压力主要有铅直围岩压力和侧向围岩压力。一般岩体中，作用于衬砌上的主要是铅直向下的围岩压力，侧向围岩压力只在松软破碎或水平地应力较大的岩层中才需要考虑。2．内水压力及外水压力

内水压力是有压隧洞的重要荷载，其数值可由水力计算确定。对于有压的发电引水隧洞，其压力的控制值将是作用在衬砌上的全水头与水击压力增值之和。对于无压隧洞只要算出洞内水即可确定内水压力。外水压力是和水工有压隧洞中内水压力相对而言的

3．衬砌自重

衬砌自重是最容易计算而又较为精确的荷载，这里只需说明一下，在用结构力学方法计算衬砌的内力时，为安全考虑，在计算所用到的衬砌厚度应包括0.1～0.3m的超挖回填在内，而在计算衬砌的内力时，只用衬砌的设计厚度(不包括超挖回填)。

4．灌浆压力

在衬砌施工时，其顶部与围岩间难以填满而存在空隙，需要回填灌浆。回填灌浆分布在顶拱中心角90度～120度范围内，灌浆压力一般为0.2~0.3MPa。进行内力计算时，可按90度范围均布的径向压力考虑。回填灌浆压力可能使衬砌顶部内缘产生拉应力，但它属施工情况的临时荷载，可在灌浆时采取措施，故在设计中一般不予考虑。同结灌浆均匀分布于隧洞断面周围，一般灌浆压力为0．3～1．0MPa，对于高水头的有压隧洞，还应根据内水压力确定。固结灌浆对衬砌的作用相当于外水压力，使衬砌受压，只是在压力很大时才有必要验算衬砌强度。

5．温度和地震作用

隧洞衬砌施工时，混凝土的硬化、干缩以及运行期的水温、气温变化可在衬砌内产生温度应力。对于温度作用，一般是通过选择适宜的水泥、控制水灰比，降低浇筑温度，加强养护，做好分缝，适当配置温度钢筋等措施来解决，一般不必计算。当在寒冷地区有必要进行核算时，以往有一种方法是计算在温度变化下围岩和衬砌的径向变位，根据变形相容条件按弹性理论的厚壁管公式折算为等效内水压力。但温度场及其引起衬砌和围岩的变形是很复杂的，尤其是在寒流袭击、初次流过低温水等表面温度骤降的情况下，衬砌内与表面距离不同的各点的温度变化及温度应力是相差很大的，上述计算方法并未考虑这一因素；另外，衬砌的温度变形受到围岩的强烈约束，把衬砌当成与围岩约束条件无关的厚壁管来计算温度应力，与实际情况相差很大。较为精确的方法应该是有限单元法，它可以模仿计算施工及运行全过程的温度场和温度应力的变化以及温度应力的累计值，它还考虑到围岩构造、弹模和约束等条件的不均匀性和徐变性能。

6．荷载组合作用

在隧洞衬砌上的荷载有长期或经常作用的基本荷载和机遇较少不经常作用的特殊荷载。衬砌计算时应根据荷载特点及同时作用的可能性，按不同情况讲行组合。

内力应力计算

采用的衬砌计算方法，大致分为两大类。

第一大类是将衬砌与围岩分开，衬砌上承受各项有关荷载，考虑围岩的抗力作用，假定抗力分布后按结构力学中的超静定结构解算衬砌内力；也有采用衬砌常微分方程边值问题数值解法，其电算程序可用于计算多种洞形，抗力分布不作假定而是在计算中经迭代求出，较前者合理。

另一类方法是将衬砌与围岩作为整体进行计算，主要是有限元法。有限元法可模拟复杂的围岩地质构造及衬砌和岩体的弹塑性特性以及蠕变特性。。

如果岩体的原始地应力很大，或者具有很强的蠕变性能，则应在开挖后等到洞周边的向心位移趋于稳定才能衬砌；如果岩体相当完整或仅有少量密闭裂隙，而且地应力和蠕变性能都很小，一般在全洞开挖后再按开挖顺序立模衬砌，围岩的变形也已趋于稳定，对衬砌的压力已很小，可不考虑其影响。