（2）喷锚支护
常用于矿山法施工，它可以在坑道开挖后及时设施，因此，能有效地限制洞周位移，保护作业人员的安全，避免局部产生过大的变形。当围岩条件比较好，用喷锚支护可以获得长期的稳定，并达到使用要求时，可以将其作为永久结构（图1.8）；但常常是作为永久支护的一部分，与整体现浇的混凝土衬砌组成复合式衬砌（图1.9）。由于喷锚支护是一种柔性结构，能更有效地利用围岩的自承能力维持洞室稳定，其受力性能一般优于整体式衬砌，因而被认为是一种新型的地下结构形式。
图1.8 喷锚衬砌 图1.7 开敞式结构 图1.9 复合式衬砌 喷锚支护可以根据围岩的稳定情况有不同的组合形式，可由喷混凝土、钢筋网喷混凝土、锚杆喷混凝土或锚杆、钢筋网喷混凝土、钢纤维喷混凝土等不同的组合形式构成衬砌。（3）复合式衬砌
分两次修筑，中间加设薄膜防水层的衬砌称为复合式衬砌，如图1.9所示。复合式衬砌的外层常为锚喷支护，以利于及时架设，尽快使围岩和初期支护达到基本稳定。内层常为现浇整体式混凝土衬砌、喷混凝土或喷钢纤维混凝土衬砌、装配式衬砌等不同的形式。
（a）圆形装配式衬砌 （b）塔柱式地铁车站 图1.10 盾构法施工的装配式衬砌 用喷混凝土作内衬的特点是与衬砌支护的结合状态好，但表面不光滑，还需再次处理，故目前较少使用。
用装配式衬砌作复合式衬砌的内衬时，两层衬砌之间的空隙需压浆，典型的实例是英吉利海峡隧道（掘进机施工法）的内衬即是这种结构。
（4）装配式衬砌
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由工厂预制、在洞内拼装而成的衬砌称为装配式衬砌，每一个衬砌单元称为管片。一般由数块标准块A、两块邻接块B和一块封顶块K拼装成一衬砌环，再用纵向螺栓连接成隧道（图1.10）。采用装配式衬砌可以使生产标准化，加快施工速度，提高工程质量。由于装配式衬砌的拼装接缝较多，常常是漏水的通道，所以管片的制造精度和拼装精度要求较高，是修建隧道成败的关键技术之一。
遇地层土质较差，靠其自承能力可维持稳定的时间很短时，对中等埋深以上的土层地下结构常用盾构法施工；在地质条件较好的情况下可以使用掘进机施工。此时常采用圆形装配式衬砌（图1.10（a））结构形式，将平行修建的装配式管片横向连通，即可成为多孔道的车站（1.10（b））。
近年来，随着盾构形式的发展，相继出现了矩形、椭圆形、马蹄形、多圆形等断面形式的盾构，装配式衬砌的形式也与之相应地得到发展。
（a）交通隧道 （b）圣彼得堡地铁车站 图1.11 矿山法施工的装配式衬砌 1-装配螺栓；2-混凝土嵌块；3-企口槽；4-吊装孔 用于矿山法施工的单线交通隧道的装配式衬砌如图（1.11（a））所示。图（1.11（b））为圣彼得堡地铁的单拱车站横断面，隧道埋置于不透水的致密粘土层中，拱圈和仰拱均由混凝土砌块组成，支承在两个圆形支墩上。图中所示结构由于无受拉连接构件，所以，只适用于有一定自稳能力的地层。
用于明挖法施工的装配式衬砌如图1.12所示。图中结构的底板采用整体现浇的混凝土、边墙和顶板预制，顶板采用的是密肋板式结构，使得重量减轻且有利于拼装。
按照结构形式不同，地下结构一般可分为四大类，即：拱形结构、圆管结构、框架结构和薄壳结构。 (一)拱形结构
(1)喷锚结构：当地下岩石的坚硬系数fk＞8，稳定性好并月且干燥时，可采用喷锚结构。 (2)半衬砌：当地下岩石的坚硬系数fk＞8，侧壁无坍塌危险，仅顶部岩石可能有局部脱落的时，只在顶部衬砌，叫做半衬砌。此时，为了保护岩石不受风化，常在侧壁表面喷一层2—3厘米厚的水泥砂浆。
(3)厚拱薄墙：顶拱的拱脚较厚，边墙较薄。这样，可将顶拱所受的力通过拱脚大部分传给了岩石，充分利用了岩石的强度，使边墙所受的力大为减少，从而减少了边墙的厚度，节约了建筑材料。为了保
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图1.12 装配式密肋板车站 证边墙的稳定性可在边墙的上端打入锚杆，将边墙与岩石锚固在一起。当岩石的坚硬系数fk为6或7时可采用这种结构。
（4）直墙拱：拱顶与边墙浇筑在一起，形成一个整体结构。当岩石的坚硬系数fk＝3—7时可采用这种结构。在铁路隧道、地下厂房、地厂仓库、军事坑道、水工隧洞等地下建筑中，广泛地使用直墙供。且墙拱不但在坚硬地层中常被采用，在软土中小跨度的人防通道亦常应用；其中有的全部用砖石砌筑，有的仅底板采用钢筋混凝土。
(5)曲墙拱：当岩石的坚硬系数fk＜2，松散破碎易于坍塌，可采用曲墙拱。这种衬砌结构的形式很象马蹄，因此也叫做马蹄形衬砌。如岩石比较坚硬，又无涌水现象，底板可做成平板并与边墙分开。
(6)落地拱：落地拱多用于大跨度的仓库，如飞机库等。它在岩石或软土中均可使用。 (二)圆管结构
软土中的地下铁道或穿越河底的交通隧道常采用圆管结构。这种结构多做成装配式，叫做管片结构。施工时利用盾构掘进。
(三)框架结构
软土明挖施工的地下铁道常采用箱形结构。计算这种结构常采用框架的计算理论，故叫做框架结构。软土中的地下厂房等亦常采用框架结构。
(四)薄壳结构
岩石中地下油库罐室的顶盖多采用穹顶，软土中的地下厂房有的采用圆形沉井结构，它的顶盖也可用穹顶。
按照周围地质体的不同，地下建筑结构又分为岩石地下结构形式和土层地下结构形式： 1.岩石地下结构的形式
岩石地下结构常称为衬砌，或称为被覆。常用的衬砌型式有以下9种。
（1）半衬砌：只做拱圈、不做边墙的衬砌。它的适应环境：当岩层较坚硬，整体性较好，侧壁无坍塌危险，仅顶部岩石可能有局部脱落时，可采用半衬砌结构。
（2）厚拱薄墙衬砌：厚拱薄墙衬砌的拱脚较厚、边墙较薄。它的适应环境：当洞室的水平压力较小时，可采用厚拱薄墙衬砌。
（3）直墙拱顶衬砌：由拱圈、竖直边墙和底板（或仰拱）组成。它的适应环境：对有一定水平压力的洞室，可采用直墙拱顶衬砌。
（4）曲墙拱顶衬砌：曲墙拱顶衬砌由拱圈、曲墙和底板（或仰拱）组成。它的适应环境：当围岩的垂直压力和水平压力都比较大时，可采用曲墙拱顶衬砌。
（5）离壁式衬砌：拱圈和边墙均与岩壁相隔离，其间空隙不做回填，仅将拱脚处局部扩大，使其延伸至岩壁并与之顶紧。它的适应环境：当围岩基本稳定时可采用离壁式衬砌。
（6）锚喷支护：在毛洞开挖后及时地采用喷混凝土、钢筋网喷混凝土、锚杆喷混凝土或锚杆钢筋网喷混凝土等方式对地层进行加固。它的适应环境：是一种柔性结构，能更有效地利用围岩的自承能力维护洞室稳定，其受力性能一般优于整体式衬砌。
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（7）装配式衬砌：又称单建式结构。其形式常为梁板结构或框架结构，也可做成多跨的连续直墙拱形结构。
（8）复合式衬砌：分两次修筑、中间加设薄膜防水层的衬砌称为复合式衬砌。
（9）地下空间结构：地下立式油罐和坑道的交叉接头等都属于空间结构。这类油罐一般由球形顶壳、圈梁、圆筒形边墙和圆形底板组成，常称为穹顶直墙结构。
2.土层地下结构的形式
（1）地下室结构：多数为房屋建筑的地下室。其型式应与上部房屋建筑的结构布置相协调。 （2）浅埋式结构：又称单建式结构。其形式常为梁板结构或框架结构，也可做成多跨的连续直墙拱形结构。浅埋结构一般采用明挖法施工。
（3）地道式结构：地道式结构是在土层中采用暗挖法施工的直墙或曲墙拱顶结构。 （4）沉井式结构：沉井式结构是以沉井法施工的地下结构。沉井式结构的水平断面一般做成矩形或圆形，并可做成单孔、双孔或多孔结构等形式。沉井施工时需要在沉井底部挖土，顶部出土，故施工时的沉井为一开口的井筒结构，水平断面一般做成方形，也有圆形，可以单孔也可以多孔，沉毕后再做底顶板，如图1.13。
（5）装配式圆形管片结构：采用装配式管片衬砌。该类衬砌的断面外形常为圆形，与盾构的外形一致。
（6）顶管结构：以千斤顶顶进就位的地下结构称为顶管结构。
（7）地下连续墙结构：用挖槽设备沿墙体挖出沟槽，以泥浆维持槽壁稳定，然后调入钢筋笼架并在水下浇灌混凝土，即可建成地下连续墙结构的墙体。
（8）沉管结构：在预先开挖的沟堑或河槽内将预制好的管段沉放就位，再联结成整体的地下结构。过江隧道和城市地下铁道等都可采用沉管结构。一般做成箱形结构，二端加以临时封门，运至预定水面处，沉放至设计位置如图1.14所示。
（9）开敞式结构：用明挖法施工修建的没有顶盖的地下构筑物称为开敞式结构。
图1.14 图1.13 第三节 地下结构计算理论的发展与现状
地下工程所处的环境条件与地面工程是全然不同的，早期的地下工程建设都是沿用适用于地面工程的理论和方法来指导地下工程的设计与施工，因而常常不能正确地阐明地下工程中出现的各种力学现象和过程。经过较长时间的实践，人们才逐步认识到地下结构受力、变形的特点，并形成以考虑地层对结
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构变形约束为特点的地下结构计算理论和方法。
地下工程支护结构理论的发展至今已有百余年的历史，它与岩土力学的发展有着密切关系。土力学的发展促使着松散地层围岩稳定和围岩压力理论的发展，而岩石力学的发展促使围岩压力和地下工程支护结构理论的进一步飞跃。随着新奥法施工技术的出现以及岩土力学、测试仪器、计算机技术和数值分析方法的发展，地下工程支护结构理论正在逐渐成为一门完善的学科。
地下工程支护结构理论的一个重要问题是如何确定作用在地下结构上的荷载以及如何考虑围岩的承载能力。
从这方面来讲，支护结构计算理论的发展大概可分为三个阶段。 1、刚性结构阶段
19世纪的地下建筑物大都是以砖石材料砌筑的拱形圬工结构，这类建筑材料的抗拉强度很低，且结构物中存在有较多的接触缝，容易产生断裂。为了维护结构的稳定，当时的地下结构截面都拟定得很大，结构受力后产生的弹性变形较小，因而最先出现的计算理论是将地下结构视为刚性结构的压力线理论。
压力线理论认为，地下结构是一些刚性块组成的拱形结构，所受的主动荷载是地层压力，当地下结构处于极限平衡状态时，它是由绝对刚体组成的三铰拱静定体系，铰的位置分别假设在墙底和拱顶，其内力可按静力学原理进行计算。
这种计算理论认为，作用在支护结构上的压力是其上覆岩层的重力。可以作为代表的有海姆（A.Haim）理论、朗肯（Rankine）理论和金尼克理论。不同之处在于，他们对地层水平压力的侧压系数有不同的理解。海姆认为侧压系数为1，朗肯根据松散体理论认为侧压系数
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式中? ：岩体的内摩擦角。
而金尼克根据弹性理论认为侧压系数??式中?：岩体的泊松比。
这种计算理论没有考虑围岩自身的承载能力。由于当时地下工程埋置深度不大，因而曾一度认为这些理论是正确的。
压力线假设的计算方法缺乏理论依据，一般情况偏于保守，所设计的衬砌厚度将偏大很多。 2、弹性结构阶段
19世纪后期，混凝土和钢筋混凝土材料陆续出现，并用于建造地下工程，使地下结构具有较好的整体性。从这时起，地下结构开始按弹性连续拱形框架用超静定结构力学方法计算结构内力。作用在结构上的荷载是主动的地层压力，并考虑了地层对结构产生的弹性反力的约束作用。由于有了比较可靠的力学原理为依据，故至今在设计地下结构时仍时有采用。
这类计算理论认为，当地下结构埋置深度较大时，作用在结构上的压力不是上覆岩层的重力而只是围岩塌落体积内松动岩体的重力——松动压力。可以作为代表的有太沙基理论和普氏理论。他们的共同
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