会计学隧道开挖前岩体处于初始应力状态，谓之一次应力状态；开挖隧道后引起了围岩应力的重分布，同时围岩将产生向隧道内的位移，形成了新的应力场，称之为围岩的二次应力状态，这种状态受到开挖方式(爆破、非爆破)和方法(全断面开挖、分部开挖等)的强烈影响。如果隧道围岩不能保持长期稳定，就必须设置支护结构，从隧道内部对围岩施加约束，控制围岩变形，改善围岩的应力状态，促使其稳定，这就是三次应力状态。显然这种状态与支护结构类型、方法以及施设时间等有关。三次应力状态满足稳定要求后就会形成一个稳定的洞室结构，这样，这个力学过程(guòchéng)才告结束。要进行支护结构设计，就必须充分认识和了解以下五方面的问题：围岩的初始应力状态，或称一次应力状态,这部分内容已在第四章中作了介绍；开挖隧道后围岩的二次应力状态和位移场；判断围岩二次应力状态和位移场是否符合稳定性条件即围岩稳定性准则(zhǔnzé)。一般可表示为：(5-1)式中的、是根据围岩的物理力学特性所确定的某些特定指标。设置(shèzhì)支护结构后围岩的应力状态，亦称围岩的三次应力状态和位移场，以及支护结构的内力和位移。判断支护结构安全度的准则，一般可写成：(5-2)式中的、是支护结构材料的物理力学参数。第二节围岩(wéiyán)的二次应力场和位移场根据弹性力学原理，这个(zhège)问题的求解还可以简化为不考虑体积力的形式，而用在有孔无限平面(无重的)无穷远边界上作用有垂直均布荷载和水平荷载的形式来代替，如图5-2所示。二、隧道开挖后形成塑性区的二次应力状态及位移状态塑性应力区域(qūyù)是由于多数围岩具有塑性这一性质而造成的。塑性就是指围岩在应力超过一定值后产生塑性变形的性质。此时，应力即使不增加，变形仍继续。当围岩内应力超过围岩的抗压强度后，围岩发生塑性变形并迫使塑性变形的围岩向隧道内滑移。塑性区的围岩因变得松弛，其物理力学性质也发生变化。无支护坑道围岩的失稳破坏有三种形式：由于破碎岩体的自重作用，超过了它们脱离岩体的阻力而多在顶部、较少在侧壁处造成局部崩塌；由围岩应力重分布所造成的应力集中区域内的岩体强度破坏而形成的崩塌。一般发生在脆性岩体中，且在多数情况下，岩体破坏从坑道侧壁开始，同时岩体的破坏和位移也可能发生在顶部和底部；在塑性(sùxìng)岩体中，稳定的丧失是由于塑性(sùxìng)变形的结果，岩体产生了过度的位移，但无明显的破坏迹象。第三节隧道(suìdào)围岩与支护结构的共同作用二、坑道支护后的围岩应力状态及位移状态隧道开挖后，围岩应力状态出现两种情况：一种是开挖后的二次应力状态仍然是弹性的，隧道围岩除因爆破、地质状态、施工方法等原因可能引起(yǐnqǐ)稍许松弛掉块外，是稳定的，在这种情况下，坑道是稳定的，原则上无需支护，即使支护也是防护性的，支护方法一般可采用喷浆或者喷射混凝土；另一种是开挖后隧道围岩产生一定范围的塑性区，此时应采用承载型的支护结构，以维护坑道的稳定。坑道支护后，相当于在坑道周边施加了一个阻止隧道围岩变形的支护阻力(抗力)，从而也改变了围岩的二次应力状态。支护阻力的大小和方向对围岩的应力状态有着很大的影响。三、围岩特性曲线(支护(zhīhù)需求曲线)四、支护特性曲线(支护补给曲线)以圆形隧道为研究(yánjiū)对象，并假定围岩给支护结构的反力也是径向匀布的。因此，这还是一个轴对称问题。相对于围岩的力学特性而言，混凝土或钢支护结构的力学特性可以认为是线弹性的，也就是说作用在支护结构上的径向均布压力是和它的径向位移成线性关系，即式中的定义为支护结构的刚度。五、围岩(wéiyán)与支护结构准静力平衡状态的建立(三次应力场)第四节支护(zhīhù)结构的设计原则根据不同的开挖和支护方法(fāngfǎ)，两者的接触状态可作如下分类：二、支护结构类型的选择和设计根据其使用目的，支护结构可分为：防护(fánghù)型支护构造型支护承载型支护第五节围岩(wéiyán)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崩解所引起(yǐnqǐ)的压力称为膨胀压力。4.冲击压力冲击压力是在围岩中积累了大量的弹性变形能之后，由于隧道的开挖，围岩约束被解除，能量突然释放所产生的压力。拿一个在水平成层的围岩中开挖隧道的例子，来说明隧道开挖后围岩又变形到坍塌(tāntā)成拱的整个变化过程(图5-16)。(a)变形阶段；(b)松动阶段；(c)塌落阶段；(d)成拱阶段。将隧道所形成的相对稳定的拱称为“天然拱”或“塌落拱”。它如同一个承载环一样承受着上覆地层的全部重量，并且将荷载向两侧传递下去。这就是围岩的“成拱作用”。而天然拱范围内破坏了的岩体的重量，就是作用在支护结构(jiégòu)上的围岩