随着我国西部大开发战略的实施,以及交通事业的高速发展,在岩溶地区修建隧道将是不可避免的。近年来,因隧道施工造成的岩溶涌水、突泥,给隧道施工及运营带来危害的工程问题比比皆是。因此,岩溶涌水地质灾害已成为岩溶区隧道设计和施工中需要重点考虑的问题。在进行岩溶隧道支护结构设计时,合理确定作用在衬砌上的水压力是结构设计的关键。然而对于“堵水限排”下岩溶隧道围岩渗流场的分布规律,目前却没有系统的研究。本文以宜万铁路岩溶隧道为工程背景,通过理论分析、数值模拟和模型试验,对岩溶隧道渗流场分布规律、应力场和渗流场共同作用下衬砌结构的受力特征以及注浆控制要素对渗流场分布的影响进行了研究,主要研究内容和成果如下:(1)分析了应力场和渗流场的相互作用机理,得出隧道裂隙岩体中渗流场和应力场相互影响方式。运用解析方法对高水压山岭隧道稳定流中的渗流场分布进行了研究,得到岩溶区特殊地质条件隧道周围渗流场的分布规律。(2)通过对相似理论和模型试验原理的研究,推导了应力场和渗流场共同作用的耦合场的相似准则。利用隧道及地下工程试验中心研发的水土共同作用模型试验台架系统,引进光纤光栅应变测试系统,以齐岳山隧道工程为原型,研究了注浆圈外、衬砌背后水压力在全封堵方式下、限排方式下的水压力分布规律,得到了注浆圈对水压的折减规律。(3)依靠光纤光栅精确的应变数据采集,得出了衬砌结构在应力场和渗流场共同作用下的变形特征和应力分布规律。结合相似原理和模型试验的特点,根据相似准则将模型试验结果还原,计算了原型隧道衬砌结构的应力和内力,并对原型结构安全性进行评价。(4)采用数值计算方法,借助三维渗流有限元计算软件研究了注浆控制因素对隧道围岩渗流场分布的影响规律,并研究了不同排水量下隧道衬砌水压力的折减规律。