到目前为止，我国大部分铁路隧道防排水设计主要按“无限制排水”、尚未考虑外水荷载的作用，按这样的原则设计隧道防排水存在许多缺陷，有“十隧九漏”的说法，带来了很多严重问题。特别是在我国西部岩溶富水地区，由于采取的隧道防排水原则不恰当，引起水资源流失和环境恶化问题更为突出。随着隧道修建技术的发展，以及环保（特别是水环境保护）的要求，以堵为主的“控制排水”原则设计问题已经提到有关方面的议事日程。按“控制排水”原则来设计隧道防排水，隧道衬砌结构受力和围岩稳定性影响宜考虑外水荷载的作用，然而现行隧道设计规范尚没有这方面的理论和依据。本论文以渝怀铁路圆梁山隧道的岩溶富水区地段为工程背景，就岩溶富水区铁路隧道衬砌结构的外水荷载确定、结构设计等问题做了比较深入的研究和探索。文中首先综述了国内隧道衬砌结构的外水荷载问题的研究现状，总结了我国各个部门对外水荷载问题的考虑原则和处理方式。其次，根据地下水渗流理论，总结出了隧道岩体渗流研究方法。以连续孔隙介质渗流模型为基础，假定复合衬砌中防水板施工完好二次衬砌是封闭阻水情况，推导出了有注浆堵水圈的隧道衬砌结构外水荷载计算公式。根据隧道模型试验理论，通过室内模型试验得出了有注浆堵水圈的隧道衬砌结构外水荷载的作用规律。利用铁路隧道设计规范有关规定和计算方法，用ANSYS有限元计算软件，分考虑外水荷载和不计两种情况对衬砌结构的静力受力特征进行比较分析。本论文的主要结论是：（1）隧道衬砌外水荷载大小主要由围岩（注浆圈）渗透系数和衬砌背后排水量决定。（2）隧道采用完全不排水措施时，只要衬砌附近的围岩渗水，衬砌背后与含水围岩有水力联系，不论渗透系数多大，衬砌背后最终水压会达到静水压，计算时水压不宜折减。（3）当围岩渗透系数大于10^-4cm／S时，需要排放较大水流量，衬砌背后水压才有明显折减，且隧道各个部位水压折减相差较大，排水点处部位水压折减最大。（4）当围岩渗透系数小于10^-4cm／S时，排放一定水流量，衬砌背后水压有明显 铁道科学研究院硕土学位论文折减，并且隧道各个部位水压折减相差不大。 （5）当围岩渗透系数小于 10‘cm托时，排水系统完全开放时，围岩中的水压力梯度较大，距衬砌结构较近围岩处水压折减较大，而较远处水压折减较小。 （6）根据试验结果和数据，结合铁路隧道围岩水文地质特征、地下水影响情况以及其他行业有关资料，初步提出了铁路隧道衬砌结构外水荷载折减系数建议表。 （7）计算和试验均表明，对于水环境条件复杂的岩溶富水区隧道，为了结构的安全起见，宜接考虑外水荷载的荷载组合原则来设计。 门)在岩溶富水区隧道地下水水头较大时，外水荷载是衬砌结构的主要荷载，围岩压力相对来说是次要荷载。衬砌结构的设计和防排水措施、衬砌断面形式、注浆堵水圈的渗透系数大小等息息相关；需要进行专门研究和计算来设计；不宜简单地套用现行标准图。 （9）考虑外水荷载作用时，结构的受力特征表现为绝对值大，且最不利位置是腰墙部位，衬砌宜采用钢筋混凝土结构，同时要适当加强腰墙部位的设计，可采取适当加大其配筋率等措施。 （10）若采用圆形衬砌断面形式时，计算表明，在不计外水荷载和考虑外水荷载两种情况下，虽然衬砌结构的受力特点不相同，但安全系数基本相同。建议尽量采用圆形衬砌结构。 本论文提出的以堵为主“控制排水”原则和考虑外水荷载作用的铁路隧道衬砌结构设计等定性原则和定量方法，尽管是初步的、探讨性的，但这些原则和方法本身对改进和完善我国现有铁路隧道衬砌结构设计方法，提高我国隧道设计水平具有重要意义。