设计方法

哥本哈根厄勒海峡隧道 （Øresund Tunnel）

当建造地下结构时，自然的初始应力会重新分布。

由于这种再分布，地下结构将承受一定的应力及荷载，其很大程度上取决于地层的地质力学性质。因此，当地下结构建在土壤中时，将几乎完全由这一结构本身来发挥支撑作用，而当地下结构建在岩体中时，是岩石和地下结构共同承受地层应力的重分布。

因此，在设计地下结构时，必须要考虑地层的地质特点、原位自然应力和要遵循的施工程序。这是一项复杂的分析，可以通过不同的方式来实现，这取决于所需要的近似值水平。

经验设计法

这些方法基于对不同的地质力学分类系统的运用： RQD （岩石质量指标）， RMR（岩体地质力学分类） ， Q分类法。为此，通过图表可将RMR ， RQD或Q值与所需的不同支护构件联系起来，以保证某个几何形状的稳定性。这种方法的优点是能够简单快速地为支护设计提供答案，但由于根据的是经验，因此只能视为是可用于初步研究的粗略近似值。

分析方法：收敛—约束法

这些方法是基于地下圆形隧洞的闭合分析解，可利用弹性或弹塑性行为建模。当简化假设自然应力和几何形状时，可以分析计算出地下圆形隧洞的变形和内部压力之间的关系（洞室的特性曲线）。同时，能够分析计算出某种护撑内部压力和径向变形（支护特性曲线）之间的相同关系。两条曲线的交点就是洞室 和支护元件之间某种组合的平衡点（压力和变形）。这种方法的适用性很强，可以使支护设计得到很好的成效，然而，其适用性仅限于非常简单的自然应力、几何形状、地质力学性质和地质条件。

数值方法：有限元和有限差分

借助于现在的电脑，数值方法已成为设计地下结构非常有用的工具。作为最常用的方法之一，有限元方法是基于将主体离散化为若干个有限单元的原理。可以以预先设定的方式，在外部因素的作用下，通过施加一些力学定律来加以控制这些单元的行为方式。有限元法可用于模拟隧道结构在各种假定的地层条件和几何形状下的行为方式，包括线性或非线性弹性响应和材料的非线性性质（塑性） 。这些方法通常将地层建模为一个连续介质，但有些方法还允许将地层建模为一个非连续介质，以便更好地代表具有严重断裂性质的岩石的行为。

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