玄武岩是一种基性喷出岩,其具有孔隙率大、节理发育的特点,因此对玄武岩隧洞围岩进行渗流及应力应变特性和支护结构受力特性展开研究,有利于分析富水玄武岩隧洞结构稳定性。本文以海南某玄武岩引水隧洞为工程背景,主要研究内容和结论如下:(1)基于径向剪应力准则,推导了岩石发生压剪破坏时的临界水压计算公式;研究了地下水渗流场与围岩应力场的相互作用原理,得出水位、埋深和岩石风化程度是隧洞应力场与渗流场相互影响时的主要控制因素。(2)利用有限元软件建立数值模型,分析不同埋深、水位和风化程度下玄武岩隧洞围岩渗流、应力、应变和支护结构受力特点。水位增加,引起围岩渗流量、拉伸应变、压应力和拱顶拉应力增加,易导致拱顶喷射混凝土开裂;埋深增加,导致围岩变形值、最大主应变值和锚杆拉应力值增加,而埋深减少易导致隧洞拱顶喷射混凝土被拉裂;隧洞围岩风化程度越高,围岩最大主应变值、变形及支护受力越大;全风化玄武岩隧洞围岩渗流量最高,地下水对其围岩变形影响明显,当注浆后的渗透系数为原始围岩渗透系数的10%,其渗流量和拱顶变形明显减小。(3)建立数值模型,分析了复杂地质条件下玄武岩隧洞围岩渗流、应力、位移和支护结构受力特性。向下掘进过程中,由于隧洞高跨比增加,隧洞拱腰会出现严重变形,施加横撑后能有效限制其变形;向下掘进的越深,拱顶沉降越大,而底板隆起变化不大;现场实测拱腰收敛速率呈近似周期性变化,主要因为围岩变形存在积蓄和释放能量过程。(4)由于工法转换处掌子面高度增加,其背后水压力增加,易发生掌子面坍塌;工法转换完成后,渗流场发生改变,围岩渗流量减少,玄武岩残积土的止水性发挥作用;工法转换处上方土体会出现约72.3kPa的拉应力,若对该土体加固不充分,可能造成闭门式塌方。(5)对比分析了全风化玄武岩、弱风化玄武岩和玄武岩残积土(玄武岩彻底风化后的残余)隧洞的渗水特征及其对施工的影响;根据玄武岩隧洞的渗水特征,阐述了玄武岩隧洞渗水治理流程;从现场掌子面观察和超前物探,分析了突泥前征兆及突泥过程;分析了引起玄武岩隧洞突泥的主要成因,以超前地质预报为核心,从地质信息获取,再到现场观察突泥发生的可能性,建立了突泥预警流程,从掌子面加固、安全清淤距离、超前支护和地层加固几个方面,提出了突泥预防及治理措施。