国际隧道协会于1978年成立了结构设计模型研究组(Working Group on Structure Design Models),其任务在于收集各会员国采用的结构设计模型的资料。据该研究组统计、归纳为以下四种设计方法。
经验法
以工程类比法为主，根据以往类似工程的实际经验，确定隧道与地下结构的形状、主体尺寸和衬砌厚度。
收敛－约束法
也称特性曲线法。是一种采用测试数据反馈于设计的实用方法，通常以施工中隧道断面的变形量测值为依据。其要点为测绘洞室壁面径向压应力与径向位移的关系曲线与洞壁位移-时间曲线,它反映四个阶段：①围岩无约束自由变形;②从初期支护开始,变形由于受支护约束抗力的反作用而减缓；③从仰拱完成开始，由于形成了封闭结构使变形速度大为降低；④最后变形稳定。若所采用的支护刚度较大，则地压急剧增长，若支护时间过晚，则出现松动地压。由此可见，支护时间和支护自身刚度及其与围岩接触好坏均影响到围岩的稳定和支护所受地层压力的大小。收敛变形曲线可供判断支护是否适当和变形是否趋于稳定。此外，尚可配合现场和实验室的岩土力学试验和应力与应变测试以及实验室模型试验等，作为设计计算的依据(见新奥法)。
作用－反作用模型
也可归之为隧道计算的一种结构力学法。其特点是考虑地下结构朝向围岩变形的区段上将受到围岩的被动压力（弹性抗力）的作用。其中局部变形理论（温克勒假定）认为地基的沉陷仅与该点的应力成正比。属于这类模型的计算方法有：①圆形隧道衬砌按弹性地基圆环的计算方法。②按假定抗力图形计算圆形衬砌和马蹄形衬砌的方法。③伴随电子计算机的发展而出现的矩阵力法。
连续介质模型
也可归之为连续介质力学法。包括解析法和数值法。解析法中有封闭解和近似解。如圆形洞室的弹性力学解──基尔施解和圆形洞室的弹塑性解──芬纳－塔洛布公式。数值法以有限元法为主，尚有差分法、边界积分法等。有限元法将结构离散化为有限个单元，各相邻单元在共同的节点上为铰结，建立结构体系的总体刚度矩阵和平衡方程，按各节点位移推求各单元的应力。
