Khi đường hầm khoan đào tại độ sau lớn, hiệu ứng vũm hỡnh thành trờn đỉnh hầm cú thể đủ chống đỡ tải trọng bờn trờn và đường hầm tiến dần đến trạng thỏi ổn định mới khụng cần gia cú. Nếu khẩu độ đường hầm đủ lớn so với độ sõu khoang đào, độ vững chắc của đỏ kộm, trạng thỏi cõn bằng giới hạn của đất đỏ phớa trờn dần phỏt triển đến mặt đất và sẽ hỡnh thành một vựng lỳn sụt đặc trưng trờn mặt đất.
Mặt khỏc khi cụng trỡnh ngầm đào trong khối đỏ tại độ sõu lớn, trạng thỏi cõn bằng ứng suất – biến dạng ban đầu vốn cú của đỏ bao quanh bị xỏo trộn và phõn bổ lại, để đạt trạng thỏi cõn bằng mới. Trường ứng suất mới sinh ra đủ lớn sẽ vượt quỏ độ bền cựa đỏ làm đỏ bao quanh hỡnh thành vựng dẻo, đường hầm bị phỏ hoại dưới dạng sụt núc hầm, búc tỏc lớp đỏ tại mặt hụng hầm hoặc nổ đỏ, thậm chỉ cú thể dấn đến sập lấp hầm.
Trong thực tế thường dựng kỹ thuật thăm dũ bằng phương phỏp súng đàn hồi để xỏc định phạm vi ảnh hưởng của đỏ bao quanh (người ta lập ra bảng xỏc định phạm vi ảnh hưởng một số đỏ sau khi đào).
Để giải ứng suất quanh đường hầm cú thể dựng lý thuyết đàn hồi, lý thuyết dẻo hoặc lý thuyết cơ học vật thể rời để đỏnh giỏ trạng thỏi ứng suất tựy theo yờu cầu thiết kế. Trong phạm vị luận văn này chủ yếu chỉ tập trung nghiờn cứu bài toỏn ứng suất quanh đường hầm theo lý thuyết đàn hồi. Cỏc phương phỏp nghiờn cứu theo lý thuyết khỏc chỉ giới thiệu sơ lược do yờu cầu của nú để hiệu được thật sõu sắc cần cú thời gian đào tạo, nghiờn cứu cũng như trỡnh độ nhất định.
2.2.3.1. Xỏc định ỏp lực đỏ nỳi theo phương phỏp cõn bằng giới hạn vật thể rời.
Khi buồng hầm được đào trong đất đỏ, cú thể hỡnh thành vũm cõn bằng tự nhiờn (vũm ỏp lực hay vũm sụt) hoặc bị sập, tựy theo độ bền vững của đất đỏ bao quanh và khẩu độ hầm.
Snip 2.06.09- 84 (1985) quy định rằng, khi fk <4 và khoảng cỏch từ đỉnh hầm đến mặt đất lớn gấp hai lần chiều cao vũm sụt h, lấy ỏp lực đặt lờn đỉnh hầm bằng trọng lượng của đất đỏ trong giới hạn bởi vũm sụt.
Khi hầm đào ở độ sõu nhỏ hơn, lấy ỏp lực đỏ tỏc dụng lờn đỉnh hầm bằng trọng lượng toàn bộ tầng đất đỏ phủ lờn nú.
2.2.3.2. Xỏc định ứng suất quanh đường hầm theo lý thuyết đàn hồi.
Do ảnh hưởng của việc đào hầm, trạng thỏi ứng suất đất đỏ xung quanh cụng trỡnh biến đổi rất nhiều so với trạng thỏi ban đầu. Sự biến đổi đú phụ thuộc rất nhiều vào tớnh chất cơ lý mụi trường đất đỏ, độ sõu cụng trỡnh, hỡnh dạng và kớch thước tiết diện hầm, vị trớ ( nằm xiờn, ngang hay thẳng đứng) phương phỏp thi cụng cụng trỡnh ngầm, độ cứng vỏ hầm. Vỡ vậy việc xỏc định trạng thỏi ứng suất xung quanh cụng trỡnh sẽ gặp nhiều khú khăn đũi hỏi phải nghiờn cứu kỹ.
Để xỏc định trạng thỏi ứng suất biến dạng xung quanh cụng trỡnh hầm giao thụng theo lý thuyết đàn hồi phải đưa vào tớnh toỏn một số giả thiết cơ bản sau:
- Tớnh chất mụi trường là giống nhau về mọi hướng- đẳng hướng. - Vật liệu làm việc trong giai đoạn đàn hồi.
- Mụi trường tớnh toỏn là bỏn khụng gian vụ hạn, cú mặt giới hạn là mặt đất, trạng thỏi ứng suất chủ yếu do trượng lượng bản thõn đất đỏ gõy nờn.
- Khụng xột đến ứng suất do quỏ trỡnh kiến tạo và biến dạng dẻo cục bộ.
- Khụng cú những hiện tượng vật lý và húa học làm biến đổi tớnh chất mụi trường.