随着国民经济的快速发展,我国交通、水电工程等领域陆续建设一大批重大基础工程,已是世界上隧道建设规模最大、发展速度最快、修建难度最高的国家。由于隧道地质条件、地应力作用及施工缺陷原因,衬砌开裂导致的渗漏水成为运营隧道主要的病害之一,对隧道结构的安全性和耐久性产生严重影响,威胁隧道安全健康,甚至危及到行车和行人安全。目前国内外缺乏对隧道衬砌破裂无损精细探查理论技术及注浆治理效果有效的无损评价方法,对隧道衬砌渗漏水及注浆封堵机理缺乏深入研究,运营隧道渗漏水病害治理已成为制约隧道健康服役的关键难题,开展运营期隧道衬砌渗漏水机理与注浆治理研究,具有重大的理论意义和工程价值。本文通过调查研究、数值模拟、模型试验及工程应用验证方法,深入研究了运营隧道衬砌渗漏水机理与注浆治理技术,主要研究成果如下:(1)采用非连续方法对富水破碎围岩隧道衬砌破坏进行了研究,揭示了衬砌支护时机、厚度、施工期注浆加固圈厚度、注浆加固效果、排水条件对隧道衬砌受力及开裂的影响规律。(2)采用有限差分方法研究了导水型断层隧道衬砌破坏渗漏水机理,揭示了不同倾角断层及不同渗透率对隧道衬砌受力及开裂的影响。研发了隧道衬砌渗漏水病害三维模型试验系统,以济南市旅游路开元隧道渗漏水治理工程为依托,开展了大型模型试验,揭示了隧道穿越断层时的围岩与衬砌的变形、受力、破坏与衬砌破裂渗漏水成因,得到了注浆封堵过程中排水对衬砌泄压的影响规律。(3)建立了单一非贯通裂隙注浆模型,揭示了单一非贯通裂隙注浆过程中的变形与注浆封堵机制。开展了不同注浆材料对不同倾角裂隙加固效果试验,基于裂隙衬砌等效代替方法,开展了有限元分析,揭示了注浆前后围岩应力、位移演化规律。(4)提出了基于地质雷达探测的隧道衬砌缺陷和病害精细检测及注浆加固效果评价方法,开展了系统的正演模拟与成像数值试验,建立了典型衬砌病害的地质雷达探测解释准则,提出了衬砌渗漏水病害注浆加固效果的评价标准和方法,最终形成了基于"反射图像、归位成像、频谱特征"综合分析的隧道衬砌缺陷和病害精细化检测以及注浆加固效果评价方法。(5)针对济南市旅游路开元隧道渗漏水治理工程,完成了隧道渗漏水统计和类型划分,采用本文提出的"反射图像、归位成像、频谱特征"综合分析的隧道衬砌缺陷和病害精细化检测理论技术,实现了衬砌开裂、空洞和渗漏水病害的较精确识别和定位,根据论文注浆材料室内试验成果和现场试验,确定了开元隧道注浆材料并进行实施。应用论文成果—基于地质雷达注浆加固效果的评价方法进行注浆效果评价,成功解决了开元隧道122处衬砌渗漏水封堵治理难题,取得良好的经济效益和社会效益。