对有压隧洞衬砌结构的内力、厚度和配筋进行的计算。岩体性能复杂多变，山岩压力和外水压力等荷载难以准确计算，而衬砌又与围岩相互约束，因此确切计算衬砌内力比较困难。通常采用的计算方法是将围岩与衬砌分开，按文克勒（E.Winkler）假定考虑围岩对衬砌的弹性抗力，即将弹性抗力视为衬砌变形的函数，按超静定结构求解衬砌内力。

承受较大内水压力的有压隧洞，多采用圆形断面，一般为混凝土或钢筋混凝土衬砌。按超静定结构计算时，首先要确定荷载及荷载组合，然后按半经验公式，或按工程类比初定衬砌厚度，再进行应力校核或配筋计算。如图所示。

隧洞衬砌承受内水压力作用时的计算图

荷载及荷载组合

作用在衬砌上的荷载有：内外水压力，衬砌自重，山岩压力等。根据具体情况可有以下3种荷载组合：①正常运用情况，山岩压力+衬砌自重+设计洪水时的内水压力+外水压力；②施工、检修情况，山岩压力+衬砌自重+可能出现的最大外水压力；③非常运用情况，山岩压力+衬砌自重+校核洪水位时的内水压力+外水压力。

混凝土衬砌计算

均匀内水压力作用下衬砌内外表的切向拉应力按下式计算：

式中，A为弹性特性系数；E为混凝土弹性模量；μ为混凝土泊松比；K₀为围岩的弹性抗力系数；r_i为衬砌的内半径；r_e为衬砌的外半径；p为隧洞的设计内水压力。

除均匀内水压力外尚需考虑其他荷载作用时，用式（2）对初拟的混凝土衬砌内外边缘进行应力（σ_i、σ_e）校核

式中，∑M、∑N分别为除均匀内水压力外其他各项荷载所产生的总弯矩与总轴力，并规定使衬砌内表面受拉时的弯矩为正，使截面受压时的轴力为正;［σ_L］为混凝土允许轴心拉应力。

采用混凝土衬砌，一般限制水头不大于20 m，否则衬砌过厚，不尽合理，宜采用钢筋混凝土、预应力钢筋混凝土或钢板衬砌。

水工隧洞的衬砌并非独立的受力结构，而是与围岩共同承担内外水压力等荷载，当围岩抗侵蚀性强，抗渗性好，隧洞沿线渗透流量不大时，就不必以混凝土限裂作为设计控制条件，即不必以混凝土的抗拉强度作为控制条件，一般允许出现裂缝，但应限制裂缝宽度。

钢筋混凝土衬砌计算（允许开裂）

当围岩坚硬、洞径小，只考虑内水压力时，衬砌厚度仍按构造确定，对称配筋时的钢筋面积（f）为

式中，E_h为混凝土的弹性模量。

当围岩差、洞径大、除内水压力外尚有其他荷载共同作用时，衬砌厚度按构造要求确定外，钢筋面积为式（3）与式（4）所得两部分之和，但不得小于结构最小配筋率。

式中，h₀、a分别为衬砌的有效厚度和钢筋保护层厚度；［σ_g］为钢筋的允许应力。衬砌结构裂缝厚度（ω）可按下式计算：

从而有

式中，α₁为受力特征系数，内水压力为主时，α₁=1.3；α₂为钢筋表面形状系数，对螺纹筋α₂=1.0，对光面筋α₂=1.4；α₃为荷载作用期限系数，短期组合时α₃=1.5，长期组合时α₃=1.6；d为钢筋直径；ρ为受拉钢筋有效配筋率，规定ρ=A_g/A_te，当ρ＜0.03时，A_g=πd²/4，A_te=2a_gL为有效受拉混凝土截面面积，a_g为钢筋中心到衬砌边缘的距离，L为钢筋间距。

所以裂缝出现的设计衬砌就是在限制（规定）一定裂缝宽度的条件下按结构的强度，实际是按钢筋的允许应力［σ_g］进行衬砌配筋。而［σ_g］=R_g/K，R_g是钢筋材料强度，确定［σ_g］就是合理地选取安全系数（K）。

除上述方法外，还可采用解微分方程边值问题的方法进行衬砌计算，该法对衬砌上的弹性抗力分布不作任何确定，借助计算机代替繁复的计算，比较合理，但仍需利用弹性抗力系数（K）值。将衬砌与围岩视为具有不同力学特性的联合体，利用有限单元法等数值计算方法，不必先假定围岩的弹性抗力，其结果更趋合理。但由于岩体性态复杂，原始参数多是人为确定，即使经过精确计算也在一定程度上影响计算结果的准确性。