我国各领域的隧道已经进入了建维并重的时期,与之相应的隧道病害探测技术发展迅速。大部分隧道病害的产生使围岩和衬砌的接触变得复杂,易产生应力集中、衬砌局部承载力丧失的现象,引发衬砌整体承载力下降,进而对隧道的高可靠度运营要求造成威胁。为探明支护-围岩系统中存在的复杂接触力学行为,本文在案例统计、理论解析、数值模拟和病害整治评估等四个方面展开系统性研究,主要成果如下:（1）分别基于公路隧道和铁路隧道,总结了衬砌背后空洞和松散接触的主成因,并对其分布规律进行了统计学分析。根据统计结果得出:公路隧道空洞的分布位置与铁路隧道略有差异,在围岩等级越低的岩层中空洞发生的概率并非越高,拱顶依然是空洞多发区域,空洞在拱顶处平均长度最大。而对松散接触的统计结果中,公路隧道拱顶为松散接触多发位置。归纳铁路隧道和公路隧道中不良接触的分布规律后得出:公路隧道多为直墙式结构,拱顶和拱腰处不良接触发生概率相当;而铁路隧道多为拱墙式结构,拱墙的受力条件较直墙优异,不良接触向拱顶集中,其余位置不易形成不良接触。（2）推导了基于复变函数的支护-围岩不良接触解析力学模型。基于接触病害的统计结果,提出了支护-围岩系统的四种不良接触模型,并利用复变函数理论建立了相应的力学模型。编写MATLAB程序计算对比不同接触状态下衬砌力学响应。在不同接触状态的衬砌力学响应的对比分析中,松散接触仅对弯矩、轴力产生轻微的影响。而受空洞影响下衬砌弯矩发生剧烈变化,与密实接触状态下相比,弯矩方向发生了改变,空洞外侧的衬砌的弯矩也受到了明显影响;空洞的闭合效应有效地改善了衬砌的受力条件,部分接触应力得到修复,且对轴力的改善程度优于弯矩,但应力集中现象无法根除。在实际工程中,较小的空洞会发生空洞闭合效应,其真实的接触应力、内力等并未恢复至密实接触状态,可能对支护系统的安全性产生潜在威胁。（3）基于有限元ABAQUS软件建立了空洞和松散接触模型,着重对应力三维空间转移、力学响应沿横截面方向和沿隧道走向的变化规律进行深入探究,主要结论为:1)空洞长度增加,最大拉应力迅速增加,且位置发生转移。空洞边界处接触应力增加,此时需要关注空洞边界处接触应力超过拱脚位置的可能性;沿隧道走向分析,接触应力峰值也出现在空洞边界处,长度越大应力集中越明显,且受影响的衬砌范围越广,空洞区域内负弯矩增加且轴力降低越明显。2)空洞宽度增加,空洞边界处接触应力高度集中,同时拱顶处负弯矩增加,而轴力减小,对结构承载和安全性不利。沿隧道走向分析,接触应力峰值出现在空洞边界处,宽度越大应力集中越明显,空洞区域内衬砌弯矩和轴力向着不利的方向发展;3)空洞远离拱顶时,拱顶处负弯矩逐渐恢复至正弯矩,但对轴力影响较小。沿隧道走向分析,当拱顶为空洞边界时,接触应力达到最大值。空洞偏转远离改善了拱顶区域小偏心控制下的受力条件;4)松散区高度越高、松散程度加深,拱脚处接触应力减小,边墙位置处轴力明显减小,而仰拱处轴力明显增大。沿隧道走向分析,松散接触对弯矩、接触应力、轴力影响均在±10%以内。（4）运用层次分析法和模糊综合评价法,对不同注浆工况进行消除空洞影响效果的系统性评定,细化了前人提出的合适的注浆压力范围,通过系统性的评价获得注浆压力最优值。在竖向地应力为3GPa,横向地应力为1.05 GPa下,1.00MPa、1.05MPa和1.10MPa的注浆压力对空洞影响的消除消除效果最佳,被评定为A等级。