在我國(guó)的巖土工程領(lǐng)域，地下暗挖結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)通常采用的計(jì)算方法可歸納為以下四種：經(jīng)驗(yàn)類比法（或工程類比法）、地層-結(jié)構(gòu)模型（或連續(xù)介質(zhì)模型）、約束-收斂模型與荷載-結(jié)構(gòu)模型。四種模型各有適用條件及優(yōu)缺點(diǎn)。

      由于地下結(jié)構(gòu)受到多種因素的影響，按理論計(jì)算的結(jié)果常與工程實(shí)際有較大的差別，即使受力分析采用了比較嚴(yán)密的理論，計(jì)算結(jié)果也需要用經(jīng)驗(yàn)類比法進(jìn)行補(bǔ)充和判斷，可以認(rèn)為隧道設(shè)計(jì)是一種基于經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)，故“經(jīng)驗(yàn)類比法”仍占有重要的地位。在暗挖結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，初期支護(hù)設(shè)計(jì)主要采用經(jīng)驗(yàn)類比法。

      又稱連續(xù)介質(zhì)模型，是將地層和結(jié)構(gòu)視為共同受力的統(tǒng)一體，可以分別計(jì)算襯砌和地層的內(nèi)力，從而驗(yàn)算地層的穩(wěn)定性和進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。通常有數(shù)值解法和解析解法兩類。從理論上講，此種模型最為合理，但由于實(shí)際問(wèn)題的復(fù)雜性，只有小部分問(wèn)題取得了解析解，而大部分問(wèn)題只能依賴數(shù)值解。數(shù)值解使用最多的是有限元。有限元本身嚴(yán)密精確，但由于巖土本構(gòu)關(guān)系復(fù)雜、巖土計(jì)算參數(shù)取值的不精確性以及其結(jié)果難以驗(yàn)證，使有限元計(jì)算結(jié)果不能在工程中得到直接應(yīng)用，只能作為設(shè)計(jì)的定性參考。在較重要的工程中，常采用地層-結(jié)構(gòu)模型定性分析結(jié)構(gòu)的安全性、施工方法的可行性和地面沉降。

       以收斂量測(cè)數(shù)據(jù)為依據(jù)的反分析法，其結(jié)果的可靠程度完全依賴于測(cè)試數(shù)據(jù)的可靠程度。因此，收斂基準(zhǔn)點(diǎn)的設(shè)置、高精度量測(cè)工具和量測(cè)技術(shù)的采用都是非常重要的。此法的原理還不完善，存在許多問(wèn)題也難以解決（如地層和襯砌的響應(yīng)曲線無(wú)法正確確定），使得該方法只能停留在定性的描述階段，實(shí)際設(shè)計(jì)中很少采用。

       是地下工程設(shè)計(jì)中使用最多的一種方法，我國(guó)現(xiàn)行《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》、《鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》也均推薦采用。采用這種計(jì)算模型，具有明確的受力概念及安全系數(shù)評(píng)估方法。在地下工程設(shè)計(jì)中，除確有可借鑒的工程經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行類比，一般都要進(jìn)行受力分析。暗挖結(jié)構(gòu)中，大多采用荷載-結(jié)構(gòu)模式分析二次襯砌，有時(shí)也用于分析初期支護(hù)。

       本文拋磚引玉，通過(guò)某暗挖地下聯(lián)絡(luò)通道對(duì)比分析荷載結(jié)構(gòu)模型與地層結(jié)構(gòu)模型計(jì)算的異同。

荷載結(jié)構(gòu)計(jì)算模型

計(jì)算結(jié)果：

地層結(jié)構(gòu)計(jì)算模型

       計(jì)算步驟按照隧道施工順序進(jìn)行。首先計(jì)算原始地應(yīng)力，巖土體的開(kāi)挖是在前一計(jì)算步驟所得地應(yīng)力分布的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，根據(jù)結(jié)構(gòu)整體剛度的改變，按實(shí)際開(kāi)挖方法（CRD法）施加地層釋放荷載。計(jì)算結(jié)果：

      隧道開(kāi)挖引起塑性區(qū)分布和發(fā)展，在右側(cè)下導(dǎo)洞開(kāi)挖過(guò)程中，右側(cè)上導(dǎo)洞頂部出現(xiàn)了所有工況下最大的塑形變形，變形隨著遠(yuǎn)離右上導(dǎo)洞而顯著減小，應(yīng)力和位移場(chǎng)也在該區(qū)域變化幅度最大。

通過(guò)對(duì)比荷載結(jié)構(gòu)模型計(jì)算與地層結(jié)構(gòu)模型計(jì)算結(jié)果來(lái)看，荷載結(jié)構(gòu)模型計(jì)算中盡管也可以算出各個(gè)位置的內(nèi)力與變形情況，但未考慮開(kāi)挖工況的影響，而地層結(jié)構(gòu)模型充分考慮了襯砌結(jié)構(gòu)與土體相互作用過(guò)程，更加真實(shí)地模擬了地下結(jié)構(gòu)以及周圍地層在施工開(kāi)挖工況下的結(jié)構(gòu)內(nèi)力及周圍地層的變形，至于是否更加符合工程實(shí)際，有待于分析比對(duì)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果。此次數(shù)值模擬只考慮CRD法開(kāi)挖的施工工法，而不同的施工工法以及相同工法中不同的施工順序，或者采用不用的支護(hù)結(jié)構(gòu)形式都會(huì)對(duì)隧道結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不同的影響。對(duì)暗挖施工全過(guò)程定性分析，通過(guò)不同選型的計(jì)算結(jié)果來(lái)優(yōu)化方案進(jìn)行比選也會(huì)有一定的參考價(jià)值。