21世纪以来,随着国民经济的快速发展、综合国力的不断提高,国家提出了“十纵十横高铁网络”和“五纵七横高速公路网络”的战略规划,铁路、公路事业取得了突飞猛进的发展。然而我国是一个多山国家,山地面积约占疆域面积的2/3,因此大量深埋越岭隧道应运而生,在西南地区尤为显著。越岭隧道修建过程中,难免会穿越地质条件比较复杂的地层,甚至要穿越高压、富水地层,会发生严重的隧道涌突水和高水压问题,对隧道的安全施工和正常运营造成了极大威胁。目前隧道外水压力的计算往往采用折减系数法,大多是经验性或半经验性的取值,在定量化计算方面稍有欠缺。因此,本文在综合考虑围岩渗透性能和衬砌参数对隧道外水压力影响的基础上,根据地下水渗流力学理论,深入分析隧道开挖和地下水渗流造成的水头损失,推导得出均匀水文地质结构和渐变水文地质结构的折减系数解析公式;然后针对隧道穿越均匀水文地质结构的外水压力物理模拟试验,进行折减系数试验修正公式定量化分析,并结合解析公式验证及优化;最后以重庆中梁山歇马隧道为例,进行折减系数试验修正公式和解析公式计算外水压力的可靠性验证,以期为预测和评估越岭隧道外水压力提供参考,结论如下:(1)根据围岩介质的渗透性能和空间组合特征,将隧道穿越水文地质结构划分为均匀结构和渐变结构两种。对于渐变水文地质结构,提出了负指数模型修正隧道埋深处岩体渗透系数足Z,并根据地表岩体渗透系数k0和隧道埋深处岩体渗透系数kZ的平均值优化岩体渗透系数。(2)基于地下水渗流力学理论,采用地下水向承压完整井运动的井流公式,推导得出隧道开挖造成的衬砌外水压力水头损失系数β1。然后利用水力学中的流速水头计算公式,推导得出地下水渗流导致的衬砌外水压力水头损失系数β2。根据能量守恒定律,隧道衬砌外水压力折减系数β为隧道开挖损失系数β1与地下水渗流损失系数β2的乘积,得出隧道穿越均匀水文地质结构的折减系数解析式公式如下:在不考虑注浆圈的情况下,β=(?)圈的情况下,β=(?);隧道穿越渐变水文地质结构的折减系数解析公式与均匀水文地质结构基本一致,只需将岩体渗透系数kr采用等效渗透系数修正即可。(3)通过隧道穿越均匀水文地质结构的外水压力物理模拟试验,得出随着衬砌渗透系数kl的减小,围岩渗透系数k的增大,衬砌外水压力折减系数β在不断增大,并拟合得出折减系数试验公式。结合折减系数解析公式证实了物理模拟试验的可靠度较高,且采用负指数型函数关系来拟合折减系数较为合适,引进影响半径r2和衬砌半径r1的比值,将折减系数试验修正公式优化为:β=(?)。(4)以重庆中梁山北段的歇马隧道为例,通过折减系数试验修正公式、解析公式以及其他经验公式计算隧道衬砌外水压力,并与现场实测外水压力进行综合对比分析,得出采用本文提出的折减系数试验修正公式和解析公式,计算隧道衬砌外水压力更为准确可靠。