围岩对支护结构施加的接触压力
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(一)围岩松动压力的形成
坑道开挖后围岩由形变到坍塌成拱的整个 变形过程，如图所示。
(1)隧道开挖后，在围岩应力重分布过程中， 顶板开始沉陷，并出现拉断裂纹(图(a))，可视为 变形阶段；
(2)顶板的裂纹继续发展并且张开，由于结 构面切割等原因，逐渐转变为松动(图(b))，可视 为松动阶段；
(3)顶板岩体视其强度的不同而逐步塌落(图(c))， 可视为塌落阶段； (4)顶板塌落停止，达到新的平衡，此时其界面 形成一近似的拱形(图(d))，可视为成拱阶段。
表达式为： hk bt f
式中 hk——自然拱高度； bt——自然拱的半跨度。
在坚硬的岩体中，坑道侧壁较稳定，自然拱 的跨度即为坑道的跨度，如图(a)所示。
bt=b b——坑道的净跨之半。
在松散和破碎岩体中，坑道的侧壁受到扰动 而产生滑移，自然拱的跨度也相应加大，如图(b) 所示。此时的bt值为
(2)普氏理论
普氏认为，所有的岩体都不同程度被节理、
裂隙所切割，因此可视为散粒体。但岩体又不同
于一般的散粒体，其结构面上存在着不同程度的
粘结力。
岩体的抗剪强度 tg c 现将岩体视为散
粒体，但又要保证其抗剪强度不变，则 f 。
所以：
f
tg
c
tg
c
2b V d V 2b V 2 V tg0 dh 2b dh 0
展开后，得
d V
dh 0
V tg0
b
解上述微分方程，并引进边界条件，得洞 顶岩层中任意点的垂直压力为来自Vb tg0
K
1
e
Ktg
0
h b
1.深埋隧道围岩松动压力的确定方法
(1)我国《隧规》所推荐的方法 垂直匀布压力
对于单线隧道为
q hq 0.411.79S
对于双线及多线隧道为：
q hq 0.45 2S1
式中 hq——等效荷载高度值； S——围岩级别，如Ⅲ级围岩S=3；
γ——围岩的容重；
tg0
式中 0 ——岩体的内摩擦角和似摩擦角；
——岩体的抗剪强度和剪切破坏时
的正应力；
c——岩体的粘结力。
在具有一定粘结力的松散介质中开挖坑道 后，其上方会形成一个抛物线形的自然拱，作 用在支护结构上的围岩压力就是自然拱内松散 岩体的重量。而自然拱的形状和尺寸(即它的高 度hk和跨度Bt)与岩体的坚固性系数f 有关。具体
冲击压力是在围岩中积累了大量的弹性变 形能以后，由于隧道的开挖，围岩的约束被解 除，能量突然释放所产生的压力。
二、影响围岩压力的因素
影响围岩压力的因素很多，通常可分为两 大类。一类是地质因素；另一类是工程因素， 它包括施工方法、支护设置时间、支护刚度、 坑道形状等。
三、围岩松动压力的形成和确定方法
ω——宽度影响系数， ω=1+i(B-5)
B——坑道宽度，以m计； i——B每增加1m时，围岩压力的增减率(以B＝ 5m为基准)，当B＜5m时取i=0.2，B＞5m时， 取i＝0.1。
适用条件为： ①H/B＜1.7(H为坑道的高度)； ②深埋隧道； ③不产生显著的偏压力及膨胀压力的一般围岩； ④采用钻爆法施工的隧道。
随着坑道埋深h的加大,
e tg0
h b
趋近于零，则
V
b tg0
泰沙基根据实验结果，得出λ＝1～1.5，取λ
＝1，则
V
b tg 0
如以 tg0 ＝f 代入，得
V b f
式中，b、 0 意义同上。
侧向均布压力则仍按朗金公式计算：
bt b Ht tg45 0 2
式中 b——坑道的净跨之半； Ht——坑道的净高；
0 ——岩体的似摩擦角，0 arctgf 。
围岩垂直均布松动压力：q hk
围岩水平均布松动压力可按朗金公式计算：
e
q
1 2
H
t
tg 2 45
0
自然拱范围的大小除了受上述的围岩地质 条件、支护结构架设时间、刚度以及它与围岩 的接触状态等因素影响外，还取决于以下诸因 素： 隧道的形状和尺寸； 隧道的埋深； 施工因素。
(二)确定围岩松动压力的方法
确定围岩松动压力的方法有： 现场实地量测：按目前的量测手段和技术水 平来看量测的结果尚不能充分反映真实情况 理论公式计算：由于围岩地质条件的千变万 化，所用计算参数难以确切取值，目前还没有 一种能适合于各种客观实际情况的统一理论 统计的方法：在大量施工坍方事件的统计基 础上建立起来的统计方法，在一定程度上能反 映围岩压力的真实情况。
2
(3)泰沙基理论 泰沙基也将岩体识为散粒体，他认为坑道开
挖后，其上方的岩体因坑道的变形而下沉，并产 生如图所示的错动面OAB。假定作用在任何水平
面上的竖向压应力 v 是匀布的，相应的水平力
H v
λ为侧压力系数。 在地面深度为h处取出一厚度为dh的水平条
带单元体，考虑其平衡条件 V 0 ，得出
水平压力 在上述产生竖向压力的同时，隧道也会有侧
向压力出现，即围岩水平分布松动压力e，可用 表中的经验公式计算(一般取平均值)，其适用条 件前式。
除了确定压力的数值外，还要考虑压力的 分布状态。围岩垂直松动压力的分布图大概可 概括为以下四种，如图所示。
另外，还应考虑围岩水平松动压力非均匀 分布的情况。
2.形变压力
形变压力是由于围岩变形受到与之密贴的 支护如锚喷支护等的抑制，而使围岩与支护结 构共同变形过程中，围岩对支护结构施加的接 触压力。
3.膨胀压力
当岩体具有吸水膨胀崩解的特征时，由于 围岩吸水而膨胀胀崩解所引起的压力称为膨胀 压力。它与形变压力的基本区别在于它是由吸 水膨胀引起的。
4.冲击压力
1.松动压力
由于开挖而松动或坍塌的岩体以重力形式直 接作用在支护结构上的压力称为松动压力。
松动压力常通过下列三种情况发生： 在整体稳定的岩体中，可能出现个别松动掉块 的岩石； 在松散软弱的岩体中，坑道顶部和两侧边帮冒 落； 在节理发育的裂隙岩体中，围岩某些部位沿软 弱面发生剪切破坏或拉坏等局部塌落。
坑道开挖后围岩由形变到坍塌成拱的整个 变形过程，如图所示。
(1)隧道开挖后，在围岩应力重分布过程中， 顶板开始沉陷，并出现拉断裂纹(图(a))，可视为 变形阶段；
(2)顶板的裂纹继续发展并且张开，由于结 构面切割等原因，逐渐转变为松动(图(b))，可视 为松动阶段；
(3)顶板岩体视其强度的不同而逐步塌落(图(c))， 可视为塌落阶段； (4)顶板塌落停止，达到新的平衡，此时其界面 形成一近似的拱形(图(d))，可视为成拱阶段。
表达式为： hk bt f
式中 hk——自然拱高度； bt——自然拱的半跨度。
在坚硬的岩体中，坑道侧壁较稳定，自然拱 的跨度即为坑道的跨度，如图(a)所示。
bt=b b——坑道的净跨之半。
在松散和破碎岩体中，坑道的侧壁受到扰动 而产生滑移，自然拱的跨度也相应加大，如图(b) 所示。此时的bt值为
(2)普氏理论
普氏认为，所有的岩体都不同程度被节理、
裂隙所切割，因此可视为散粒体。但岩体又不同
于一般的散粒体，其结构面上存在着不同程度的
粘结力。
岩体的抗剪强度 tg c 现将岩体视为散
粒体，但又要保证其抗剪强度不变，则 f 。
所以：
f
tg
c
tg
c
2b V d V 2b V 2 V tg0 dh 2b dh 0
展开后，得
d V
dh 0
V tg0
b
解上述微分方程，并引进边界条件，得洞 顶岩层中任意点的垂直压力为来自Vb tg0
K
1
e
Ktg
0
h b
1.深埋隧道围岩松动压力的确定方法
(1)我国《隧规》所推荐的方法 垂直匀布压力
对于单线隧道为
q hq 0.411.79S
对于双线及多线隧道为：
q hq 0.45 2S1
式中 hq——等效荷载高度值； S——围岩级别，如Ⅲ级围岩S=3；
γ——围岩的容重；
tg0
式中 0 ——岩体的内摩擦角和似摩擦角；
——岩体的抗剪强度和剪切破坏时
的正应力；
c——岩体的粘结力。
在具有一定粘结力的松散介质中开挖坑道 后，其上方会形成一个抛物线形的自然拱，作 用在支护结构上的围岩压力就是自然拱内松散 岩体的重量。而自然拱的形状和尺寸(即它的高 度hk和跨度Bt)与岩体的坚固性系数f 有关。具体
冲击压力是在围岩中积累了大量的弹性变 形能以后，由于隧道的开挖，围岩的约束被解 除，能量突然释放所产生的压力。
二、影响围岩压力的因素
影响围岩压力的因素很多，通常可分为两 大类。一类是地质因素；另一类是工程因素， 它包括施工方法、支护设置时间、支护刚度、 坑道形状等。
三、围岩松动压力的形成和确定方法
ω——宽度影响系数， ω=1+i(B-5)
B——坑道宽度，以m计； i——B每增加1m时，围岩压力的增减率(以B＝ 5m为基准)，当B＜5m时取i=0.2，B＞5m时， 取i＝0.1。
适用条件为： ①H/B＜1.7(H为坑道的高度)； ②深埋隧道； ③不产生显著的偏压力及膨胀压力的一般围岩； ④采用钻爆法施工的隧道。
随着坑道埋深h的加大,
e tg0
h b
趋近于零，则
V
b tg0
泰沙基根据实验结果，得出λ＝1～1.5，取λ
＝1，则
V
b tg 0
如以 tg0 ＝f 代入，得
V b f
式中，b、 0 意义同上。
侧向均布压力则仍按朗金公式计算：
bt b Ht tg45 0 2
式中 b——坑道的净跨之半； Ht——坑道的净高；
0 ——岩体的似摩擦角，0 arctgf 。
围岩垂直均布松动压力：q hk
围岩水平均布松动压力可按朗金公式计算：
e
q
1 2
H
t
tg 2 45
0
自然拱范围的大小除了受上述的围岩地质 条件、支护结构架设时间、刚度以及它与围岩 的接触状态等因素影响外，还取决于以下诸因 素： 隧道的形状和尺寸； 隧道的埋深； 施工因素。
(二)确定围岩松动压力的方法
确定围岩松动压力的方法有： 现场实地量测：按目前的量测手段和技术水 平来看量测的结果尚不能充分反映真实情况 理论公式计算：由于围岩地质条件的千变万 化，所用计算参数难以确切取值，目前还没有 一种能适合于各种客观实际情况的统一理论 统计的方法：在大量施工坍方事件的统计基 础上建立起来的统计方法，在一定程度上能反 映围岩压力的真实情况。
2
(3)泰沙基理论 泰沙基也将岩体识为散粒体，他认为坑道开
挖后，其上方的岩体因坑道的变形而下沉，并产 生如图所示的错动面OAB。假定作用在任何水平
面上的竖向压应力 v 是匀布的，相应的水平力
H v
λ为侧压力系数。 在地面深度为h处取出一厚度为dh的水平条
带单元体，考虑其平衡条件 V 0 ，得出
水平压力 在上述产生竖向压力的同时，隧道也会有侧
向压力出现，即围岩水平分布松动压力e，可用 表中的经验公式计算(一般取平均值)，其适用条 件前式。
除了确定压力的数值外，还要考虑压力的 分布状态。围岩垂直松动压力的分布图大概可 概括为以下四种，如图所示。
另外，还应考虑围岩水平松动压力非均匀 分布的情况。
2.形变压力
形变压力是由于围岩变形受到与之密贴的 支护如锚喷支护等的抑制，而使围岩与支护结 构共同变形过程中，围岩对支护结构施加的接 触压力。
3.膨胀压力
当岩体具有吸水膨胀崩解的特征时，由于 围岩吸水而膨胀胀崩解所引起的压力称为膨胀 压力。它与形变压力的基本区别在于它是由吸 水膨胀引起的。
4.冲击压力
1.松动压力
由于开挖而松动或坍塌的岩体以重力形式直 接作用在支护结构上的压力称为松动压力。
松动压力常通过下列三种情况发生： 在整体稳定的岩体中，可能出现个别松动掉块 的岩石； 在松散软弱的岩体中，坑道顶部和两侧边帮冒 落； 在节理发育的裂隙岩体中，围岩某些部位沿软 弱面发生剪切破坏或拉坏等局部塌落。