石的自稳能力等因素分为Ⅰ类～Ⅴ类。如表 3 所示。Ⅰ、Ⅱ类围岩属稳定～基本稳定，不
支护或局部喷锚；Ⅲ类围岩属局部稳定性差，需系统喷锚或混凝土衬砌；Ⅳ～Ⅴ类围岩属
不稳定，需要系统喷锚及混凝土衬砌。
自稳条件好的围岩，可不计入山岩压力，但需注意研究围岩的地应力问题。薄层状及
碎裂散体结构的围岩，作用在衬砌上：
铅直围岩压力:
r
q ? (0.2 ~ 0.3)?B （kN/m２） （3-1）
r
水平围岩压力:
q ? (0.05 ~ 0.1)?H （kN/m） （3-2）
２
式中： B 为隧洞开挖宽度，m； ?r为围岩容重； H 为隧洞开挖高度，m。
3）弹塑性理论
当开挖洞室后的围岩应力超过了岩体的弹性极限后，在洞室周边的一定范围内形成塑
和切向应力 。由于围岩
性区。根据弹塑性理论，可以求得塑性区内任一点的径向应?? r 力
t
的地质情况复杂，简化的地质条件下推导出来的计算公式，难以反映实际情况。对于重要
的而地质条件又复杂的工程，需进行现场试验来测定围岩压力。
根据分析比较，本文中围岩压力的计算采用规范推荐的经验估算法。 （二）围岩的弹性抗力
围岩的弹性抗力是衬砌受力朝向围岩变形，围岩对衬砌呈现出的一种被动抗力。弹性
抗力的存在，说明衬砌能与围岩共同工作，从而可以减小由荷载特别是内水压力产生的衬
砌骨力，对衬砌是有利的。因此，对围岩的弹性抗力不能估计过高或过低，应认真研究，
并采取灌浆措施，以保证衬肆与围岩紧密结合。
弹性抗力 P 可以近似表示这与衬砌表面外法线方向的位移 y 成正比，其计算公式为：
P ? Ky ，K 为弹性抗力系数，与围岩岩性及开挖洞径有关。在圆形有压隧洞的衬砌计算中，
0
常以开挖半径为 1m 的单位弹性抗力系K 数
来表示围岩的抗力特性。 可由《水工建筑物》
K
0
第四版 P424 表 8—2 查得，或用工程类比法直接确定。圆形有压隧洞的 K 值也可近似地用
弹性理论导出的公式计算。对于重要而地质条件复杂的工程，则应尽可能地由现场试验确
定。
弹性抗力不仅与围岩的岩性和构造有关，还与围岩是否能够承受所分担的荷载，即与
围岩的强度、稳定性和厚度有关。对于有压隧洞，只有在围岩厚度大于 3 倍开挖洞径及在
内水压力作用下围岩不存在滑动和上抬的可能时，方可考虑，否则应降低 K 值，甚至不能 计入弹性抗力。
比 μ\攰9X0.28。
围岩性质较好，经现场检测报告，根据工程类比，围岩弹性模量取 E＝15GPa，泊松
围岩的弹性抗力系数按下式计算：
E
K ? (1 ?) ? （3-3）
r
0
0
式中： r为隧洞衬砌外半径。
在承受内水压力的圆形隧洞中， K 值经常与洞径成反比，所以常用单位弹性抗力系数
来表示围岩的抗力特性。 K K 表示开挖半径为 1m 时的弹性抗力系数。K与 K的关系为：
0
0
0
K
K ? （3-4）
r
0
e
为实际开挖半径。
式中： r
e
（三）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，其内水压力的控制值将是作用在衬砌上的全水头与水击压力值之和。对于无压隧洞， 只要计算出洞内水面线，即可确定内水压力。
在有压隧洞的衬砌计算中，常将内水压力分为均匀内水压力和无水头洞内满水压力两
部分。均匀内水压力由洞顶内壁以上水头产生，其值为 ? h 。无水头洞内满水压力是指洞内
充满水、洞顶压力为零、洞底压力等于 ? D 时的水压力。
P1? ?wH0 '
P2' ? 0
P? ?H 1
w0
P2??wd
图 3-1 内水压力分解图
外水压力是指衬砌外壁上的水压力，该值主要取决于地下水面线，故也称地下水压力。
地下水面线应根据水文地质条件，防渗、排水等措施，并考虑工程运行时可能引起的地下
水位变化等因素分析确定。地下水压力实际上是在渗流过程中渗漏水作用在围岩和衬砌上 的体积力，有条件时可在地下水位确定后，根据衬砌及围岩的渗流特性计算渗流场，然后 确定在渗流场作用下的衬砌应力。
对于一般水文地质条件较简单的隧洞，可采用地下水位线以下的水柱高度 h ' 乘以折减 系数β，计算外水压强标准值。在内水外渗时，取用内水压强乘以β值。折减系数β是综
合性指标，取值变化范围较大，见表 3-1：
表 3-1 外水压力折减系数β选用表
地下水活动状态 地下水对围岩稳定的影响 围岩塌方 洞壁干燥潮湿 沿结构面有渗水或滴水 无影响 软化结构面的充填物质，降低结构面的抗剪强度，软化 软弱岩体 沿裂隙或软弱结构面有大量的 泥化软弱结构面的充填物质 降低其抗剪强度， 对中渗水或滴水、线状流水、喷水 硬 严重滴水， 沿软弱结构面有小 岩体发生软化作用 量涌水 地下水冲刷结构面中的充填物质 ，加速岩体风化 ， 严重股状流水， 断层等软弱带 有大量涌水 对 断层等软弱带软化泥化， 并使其膨胀崩解及产生机械 管涌， 有渗透压力能鼓开较薄的软弱层 地下水冲刷带出结构面中的充填物质 ，分离岩体 ，有
渗透压力， 能鼓开一定厚度的断层等软弱带， 并导致
? 值
0.25～0.60
0～0.2
0.65～1.0
0.1～0.4
0 H 0.4～0.8
? d w
（四）衬砌自重
衬砌自重均匀作用在衬砌厚度的平均线上，其单位面积上的自重强度 g 为
g ? ?h （3-5）
c
式中， h 为衬砌厚度，m，包括 0.1—0.3m 的超挖回填在内; ?为衬砌材料的容重。
c
（五）灌浆压力
衬砌施工时，其顶部与围岩之间难以填满而存在空隙，需要回填灌浆。进行内力计算
时，灌浆压力在衬砌顶部 90 度范围内可按均布的径向压力考虑。回填灌浆压力使衬砌顶
部内缘产生拉应力，但它属于施工情况下的临时荷载，可在灌浆时采取措施，故在设计中
一般可不考虑。
固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。本次安全分析中，不予考虑灌浆压力。
（六）地震力
地震对埋置在地下深处与围岩紧密结合的洞身衬砌的影响远较地面建筑物小，因此在
衬砌结构计算中可不予考虑。在设计烈度为 8、9 度的地区，不宜在风化或裂隙发育的傍 山岩体中修建大跨度的隧洞。地震对洞口段有较大影响时，应采用混凝土或钢筋混凝土加
固，并考虑计入地震力的作用。潘桥水库所在区域地震动峰值加速度为 0.05g，反应谱特
征周期 0.35s，相应地震基本烈度 6 度。故按照相关规定，不进行抗震复核。
（七）温度应力
隧洞衬砌施工时，混凝土所产生的水化热易于散发，而混凝土的硬化、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。它对混凝土及钢筋混凝土有较大的影响，
但一般是通过工程予以解决。例如，在施工期选择适宜的水泥、控制水灰比、加强养护、
缩短浇筑段长度、配置适宜温度钢筋等。故一般不必计算。在运行期由于水温或气温变化
在衬砌环向产生的温度应力，在非寒冷地区，影响较小，一般不予考虑。当温度变化显著、 运行要求较高的大型隧洞等，有必要进行核算温度应力。对于圆形有压隧洞，可计算在温 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，按结构力学方法计算内力。本次安全分析中，不考虑温度应力。