城市特长输水工程通过跨地调水,解决城市居民生活用水和城市工业用水,保障农业粮食生产,缓解城市地下水开采压力,为生态环境保护提供支持。本文以吉林省中部城市输水工程为背景,在输水干线施工方案中,选择6个典型断面作为研究对象,利用Abaqus有限元软件进行二维数值建模,分析钻爆法和TBM两种施工方法下围岩稳定性和衬砌结构设计,通过调整衬砌厚度和复合衬砌荷载分配的方法,进行衬砌优化设计。主要成果如下:⑴对比分析钻爆法和TBM对隧洞开挖后的围岩稳定性影响,对钻爆法开挖断面设置围岩物理力学参数折减区,模拟钻爆法施工对围岩的损伤。钻爆法开挖的断面中,围岩主应力值在围岩扰动区和相邻未受影响区域是不连续的,由于隧洞开挖导致围岩扰动区岩体刚度减小,使其最小主应力比相邻未受影响区域更大。⑵隧洞开挖后,围岩平面最大主应力和最小主应力均为负值,说明围岩单元均处于受压状态,符合岩石抗压强度大于抗拉强度的力学特性;计算围岩安全系数F_s值,部分断面存在安全系数小于1的情况。⑶一衬加载后,一衬单元切向应力均为负值,围岩径向位移均指向洞周内部,能充分发挥衬砌材料力学特性;部分断面存在围岩单元安全系数小于1的情况,应进行复合衬砌优化设计。二衬加载后的通水工况,由于内水压力的作用,一衬切向压应力减小,各断面围岩安全系数均提高,说明通水工况有助于围岩和衬砌稳定性。⑷增加一衬厚度,在施工工况和通水工况下,衬砌切向应力有所减小,围岩安全系数有不同程度的增长;相同复合衬砌优化方案下,不同断面的衬砌切向应力减小速率不同。通水工况下,一衬厚度与一、二衬切向应力平均值呈线性关系。⑸调整复合衬砌荷载分配,使二衬承受部分围岩荷载,充分利用复合衬砌的承载能力,在初步复合衬砌设计方案的基础上,合适的一、二衬荷载分配,能减小衬砌在施工和通水工况下的切向应力值,使其满足材料强度要求,同时提高围岩安全系数。设置一衬加载后及二衬加载前的围岩开挖洞周径向位移为优化自变量,调节一、二衬荷载分配比,在施工工况和通水工况下,围岩位移值和一、二衬切向应力平均值呈较为明显的线性关系。