随着越来越多的既有隧道进入运营维护期,如何更有效的延长隧道的使用寿命、提高危险隧道的改造翻新技术,是当前面临且急需解决的问题。碳纤维筋补强加固技术因具有施工干扰小、加固效果好、附加荷载轻、占用空间小等明显优点,有必要对其施工工艺及加固效果进行研究,为碳纤维筋在隧道结构加固的更深层次的应用提供理论支持。本文分析了目前隧道衬砌普遍发生的病害以及机理,以南瓦隧道工程为依托,针对其现有的病害提出碳纤维筋补强加固修复技术,采用理论分析、模型试验与有限元数值分析相结合的方法,对隧道衬砌使用碳纤维筋加固效果进行了研究和探讨,得到的主要研究成果为:1、对隧道衬砌病害特征、产生原因及发生机理进行了分析,依托南瓦隧道工程,总结了隧道既有病害类型,评定了其技术状况等级,参考传统混凝土加固方法,针对性地提出了碳纤维筋补强加固隧道技术。2、进行了碳纤维筋加固材料性能试验,碳纤维筋的抗拉试验测得了碳纤维筋的应力-应变关系和最大抗拉强度以及设计抗拉强度;高强聚合物砂浆的压缩强度试验测得了其抗压强度标准值、粘结强度和弹性模量。在完成碳纤维筋和聚合物砂浆粘结性能试验后确定了碳纤维筋的最小锚固长度。3、采用有限元软件ANSYS模拟分析了在裂缝深度a=7.5cm、15cm和22.5cm时,衬砌拱顶加固和全断面加固等不同加固方案下使用碳纤维筋加固隧道衬砌前后的应力应变变化。对比分析发现,使用碳纤维筋加固后效果良好,衬砌变形和应力控制在合理范围之内,有效提高隧道衬砌刚度和承载能力。4、依据隧道专项检测和数值模拟分析结果,对南瓦隧道进行了碳纤维筋加固设计,并提出了相应的施工工艺及建议措施。