壓縮機
[拼音]：weiyan yali
[英文]：rock pressure
周圍巖體作用於隧道和地下洞室襯砌或支護上的荷載，也稱地層壓力。廣義地講，圍巖壓力是開挖隧道後圍巖變形和應力重新分佈的一種物理現象。
人們從開挖洞穴後圍巖變形和坍塌，襯砌或支護產生變形和開裂等現象，逐步認識到圍巖壓力的存在。影響圍巖壓力的因素有：洞室形狀或大小、地質構造、支護型式和剛度、洞室埋深，以及時間因素和施工方法等。圍巖壓力的性質、大小和分佈規律是正確進行隧道和洞室支護、結構設計和選擇施工方案的重要依據。洞室開挖前，巖體處在相對靜止狀態，其中任何一點的岩土都受到周圍地層的擠壓，稱為初始應力狀態或一次應力狀態（見巖體中應力）。它是由上覆地層自重、地殼運動的構造應力以及地下水流動等因素所決定的。洞室開挖以後，解除了部分圍巖的約束，原始的應力平衡和穩定狀態被破壞，圍巖中出現了應力的重分佈，進入二次應力狀態。圍巖向洞室內部空間變形，併力圖達到新的平衡。
圍巖應力狀態
由彈塑性理論和現場量測表明，隧道開挖後的圍巖應力狀態可概括為三個區域：
應力降低區
在鬆軟圍巖中，巖體的強度很小，不能承受開挖後急劇增大的洞室周邊應力而產生塑性變形，沿坑道周邊圍巖應力鬆弛而形成一個應力降低了的區域，高應力向圍巖深部轉移。擾動了的巖體向坑道內變形，如果變形超過一定數值就會出現圍巖失穩和坍塌。在堅硬而完整的圍巖中，由於巖體強度大，坑道周邊未達到開裂和坍塌，故無應力降低區，這種洞室往往是自穩的。
應力升高區
圍巖深部應力升高的區域，但其強度尚未被破壞，相當於一個承載環。坑道上方形成承載拱，承受上覆地層的自重，並將荷載向兩側地層傳遞。此即圍巖的成拱作用。
初始應力區
距離坑道較遠的巖體所受開挖的影響較小，仍處於初始的一次應力狀態。
圍巖壓力分類
可分以下兩類：
鬆動壓力
鬆動或塌落的巖體以重力形式直接作用在支護上的壓力。巖體可以由於節理裂隙或岩石強度破壞而引起鬆動，直至坑道的頂部和側部產生坍落。
形變壓力
圍巖變形受到支護約束而產生的壓力。除與圍巖應力有關外，還與支護時間及其剛度有關。柔性支護可產生一定位移而使形變壓力減小，宜大力推廣。但需及時設定襯砌，以免圍巖位移過大而形成鬆動壓力，不利於結構受力和正常施工。按圍巖的本構特性（主要指岩土材料的應力-應變關係）和受力程度，可以有彈性、塑性和粘性等不同性質的形變壓力。
鬆動壓力和形變壓力經常同時存在。但以地質條件、支護型別和施工方法等不同而以某一種為主。如在鬆散地層中採用現澆混凝土襯砌而回填不密實時，通常以鬆動壓力為主；及時作柔性的噴錨支護則以形變壓力為主。形變壓力常隨時間推移而逐漸加大，最終才趨於穩定。
此外，在膨脹地層中，還會產生水和化學作用引起岩土體積膨脹的膨脹壓力，這也是形變壓力的一種。在脆性岩層中，因坑道開挖，使圍巖原先的高壓力突然釋放引起巖爆而產生的衝擊壓力，則屬鬆動壓力範疇。
圍巖壓力理論的發展
在20世紀20年代以前，主要是古典理論階段。認為作用在支護上的壓力是支護結構上方覆蓋岩層的全部重量，如海姆和蘭金理論。其後，出現了各種散體理論，即認為使圍巖塌落拱以內的巖體重量作用於襯砌，如泰爾扎吉和普羅託季亞科諾夫理論。塌落拱的高度和洞室跨度及圍巖性質有關。當掘進和支護所需時間較長，支護與圍巖又不能緊密貼接，就會使圍巖最終有一部分破壞塌落而形成鬆動壓力。50年代起，彈塑性理論被運用於隧道的計算，如芬納、卡斯特納公式等。同時，開始研究圍巖壓力和變形的時間效應。60年代末，出現了考慮地下結構與地層相互作用的彈塑性理論。由於將圍巖與襯砌視為一個統一的結合整體，圍巖壓力不再單獨進行計算。70年代以來，將工程地質和數學計算相結合，出現了研究塊狀和層狀巖體的塊體力學理論。
現行圍巖壓力理論包括：
（1）岩土柱理論。開挖坑道以後，由於支護或拱圈向坑道內部位移，引起其頂部上覆岩土柱的下沉，兩側地層對柱體產生與下沉反向的摩擦力，故上覆岩層重量減去岩土柱兩側的摩擦力即為圍巖壓力。中國鐵路部門的方法認為:拱頂土柱的下沉，將帶動兩側三稜體下滑，由三角楔體的平衡條件求出與土柱間的摩阻力，土柱重量減去此摩阻力即為土體豎直壓力。該理論多用於淺埋隧道，但也可推廣用於深埋隧道。當隧道埋置極淺或遇軟土層時，土柱兩邊的摩阻力接近於零，故圍巖壓力直接為土柱全重。
（2）壓力拱理論。對埋置較深的隧道，頂部巖體失去穩定，產生坍塌而形成不延向地表的區域性破裂區。該區內的巖體自重即洞室支護上的荷載。破裂區上部邊界線有拋物線、橢圓、半圓和三角形等不同假定，如科默雷爾巖體破碎理論等。中國在50年代初期以來，曾廣泛採用普氏地壓理論。假定巖體為鬆散體，其壓力拱承受上覆土柱的全部均布重量，根據散粒材料不能承受拉應力，即彎矩為零的條件，得到拱形為拋物線，其矢高h＝b/f(b為壓力拱跨度之半，f為岩層堅固係數)。 塌落拱巖體重量即為豎直地層壓力。
（3）彈塑性理論。利用彈塑性理論可求出沿洞室周邊地層內產生塑性區的範圍。設定襯砌後，利用地下結構與地層的位移協調條件，可求得塑性區半徑和圍巖壓力值。
（4）極限平衡理論。巖體內有各種各樣的結構面。開挖坑道後，洞周的圍巖出現與整個巖體相脫離的巖塊。它的自重對襯砌產生壓力。故用地質分析法時，需先查明斷層、節理和軟弱夾層的分佈情況及其組合。自重減去結構面阻力即為地層壓力，必要時也可計及圍巖應力對地壓的影響，採用赤平極射投影方法，確定岩石塊體的空間位置和形狀。當分離體由陣列平行節理面組成時，可用裂隙岩石的極限平衡理論計算；當節理呈隨機分佈時，可用塊體力學理論計算。
（5）數值解法。除簡單邊界條件的圓形洞室有較嚴格的解析解以外，對其他斷面形狀的洞室可採用有限元法或其他數值方法計算彈性、彈塑性或粘彈與粘（彈）塑性的圍巖壓力值。
如已給出垂直壓力，則側向壓力可視具體情況採用主動、靜止和被動抗力等理論進行計算。如底部地層較差而承載力不好，處於極限狀態，產生塑流，岩土將向洞室底部隆起；或遇膨脹地層時，均需要考慮底部圍巖的隆起壓力。
由於地層初始壓力和岩土引數不易準確測定，上述各種地壓理論，實際應用時會受到一定限制，因此目前還較多地採用工程類比法。在對已建成洞室的圍巖壓力大小和分佈規律觀察統計的基礎上，全面分析研究其影響因素，得出圍巖壓力的經驗公式，用以確定作用在襯砌上的圍巖壓力。
長期以來，人們都想通過量測作用在隧道上的圍巖壓力及圍巖和襯砌的變形，得出可靠的圍巖壓力分佈和數值。近期興起的綜合量測方法，如以洞徑位移量測為主的收斂-約束法，強調施工期間進行量測，並反饋資訊而後修改原設計，稱為現場監控法。依靠實測來求得圍巖壓力值是當前的發展方向。圍巖壓力理論雖有很大的發展，但至今仍未臻完善。圍巖性質千變萬化，支護形式多種多樣，施工方法各不相同，故應綜合經驗、理論和實測的成果，針對不同情況，採用不同的理論和方法。