黄土隧道受开挖卸荷、地表强降雨、农田灌溉、人为活动、沟谷地形等因素的影响而形成富水段,导致围岩劣化程度较高,诱发隧道衬砌开裂、剥落、渗漏水、空洞等病害的形成,严重威胁隧道服役性能。为深入研究富水黄土隧道服役性能的劣化机理及处治技术,本文首先从理论角度研究富水黄土隧道结构劣化规律,建立了修正的荷载-结构理论模型,并从细观、宏观角度分析了围岩劣化机理及影响因素,进而采用物理模型试验从围岩-结构相互作用角度研究不同富水工况下隧道服役性能劣化机理,搭建了服役性能监测系统,提出了病害综合处治技术体系。本文主要研究工作和成果如下:（1）针对典型富水黄土隧道工程案例,采用多种手段对衬砌裂缝、渗漏水、空洞及层间脱空状况进行现场调研,总结分析裂缝几何形态及分布位置、渗漏水类型及分布位置、空洞及层间脱空的轴向尺寸的基本特征,并定性分析富水黄土隧道服役性能劣化的表现形式及基本模式,为研究服役性能劣化机理及处治方法提供基础性资料。（2）基于现有黄土隧道荷载结构计算理论,考虑裂缝宽度w、裂缝深度d、富水体厚度h₀、空洞半径r₀等参数对衬砌结构荷载分布的影响,建立修正的荷载-结构分析理论模型,并辅以数值模拟手段验算了52种工况,结果表明该理论模型能够客观、准确地揭示富水黄土隧道衬砌结构性能劣化规律,为衬砌结构性能劣化处治提供理论支撑。（3）采用高精度μCT扫描系统对不同含水量及浸水时间下黄土孔隙度、各向异性度等细观参数进行测试,并利用多种室内试验手段对不同浸水时间下黄土黏粒含量、Zeta电位、离子浓度、抗剪强度等宏观参数进行分析,从而从宏细观角度全面揭示富水黄土隧道围岩性状劣化影响因素及规律,进一步诠释了黄土强度随浸水时间呈“勺形”变化并在浸水第5d达到最低值的根本原因,为确定围岩劣化处治最佳时机提供理论支撑。（4）研发富水黄土隧道服役性能物理模型试验系统,依托实际工程,设计地表水下渗、周边裂隙水入渗、地下水位上升等富水工况,通过量测隧道围岩压力、衬砌结构弯矩、轴力及整体变形等参数,从结构-围岩相互作用角度揭示了富水黄土隧道服役性能劣化机理及规律,并以深埋两车道隧道为例,给出了围岩注浆范围为4m、重点加固拱脚及仰拱部位的劣化控制标准。（5）采用“振弦式传感器+分布式光纤”相结合的手段、“洞内有线+洞外无线”的组网方式搭建富水黄土隧道服役性能监测系统,依托实际工程,利用该监测系统对隧道围岩、初支、衬砌结构服役性能进行全面监测,并与物理模型试验结果对比拟合,进一步揭示了富水黄土隧道服役性能劣化规律。（6）在已有黄土隧道病害处治技术基础上,依托实际工程,提出了基于地下水平衡理论的可控注浆加固技术与基于碳纤维编织网的衬砌病害快速修复技术,并利用现场观察、室内试验、数值模拟等手段对其处治效果进行评价,最终形成了富水黄土隧道病害综合处治技术体系,为制修订富水黄土隧道病害处治技术规范提供借鉴。在复杂水文地质条件的影响下,富水黄土隧道围岩性状劣化度高,导致隧道结构受力不均衡,严重威胁服役性能,研究不同富水工况下黄土隧道服役性能的劣化机理及影响因素,提出针对性较强的处治措施,可为黄土地区公路隧道设计施工及运营养护提供技术支撑。