本研究针对糜棱岩断层破碎带盾构隧道涌水问题,采用理论分析、数值模拟等方法深入探讨隧道涌水机理以及涌水对周围土体、衬砌的影响。建立三维有限差分模型分析断层破碎带水文地质参数,使其满足各向异性特征;提出考虑时间效应、含水层各向异性、水位降深变化等多个因素的涌水量计算公式;建立三维有限差分模型及有限元模型计算涌水量大小及分析涌水对周围土体、衬砌的影响。本研究主要结论如下:(1)分析了糜棱岩断层破碎带抽水试验规律,确定了基岩裂隙发育不均匀特征。采用现有解析法和基于有限差分的数值模拟法分别计算断层土体的水文地质参数,结果表明,解析法局限于适用条件,而数值法既可以反演出每层土体参数且反演结果满足各向异性,又可以结合糜棱岩裂隙发育不均匀特点,划分不同参数区,使得计算土体参数更符合实际。(2)提出了考虑多种参数变化的盾构隧道涌水量计算公式。其参数包括时间效应、含水层各向异性、涌水引起水位降深的变化、隧道长度、隧道半径、含水层厚度。采用汇点叠加法,并通过无量纲转换、拉普拉斯转换、定积分、不定积分、泰勒级数等方式推导隧道涌水公式,最终得到S(t)/Q(t)随时间变化关系,并将其应用于工程实例,探讨不同在水位降深、渗透系数及含水层厚度不同的情况下,涌水量随时间变化规律。(3)糜棱岩断层破碎带隧道涌水量的三维数值分析。依据断层内现场涌水测试试验建立三维有限差分模型,通过模型识别和模型验证确认模拟渗流场符合实际渗流场,之后将涌水测试区内隧道边界设置为排水边界,即可计算测试区涌水量大小。结果表明:(1)隧道涌水量随时间变化可划分为两个阶段——递减涌水和稳定涌水,对于本实施例而言,在经过2.15天,隧道涌水从递减阶段转变为稳定涌水阶段。(2)实际最大涌水量与计算最大涌水量之间的相对误差仅为4.4%,说明采用三维有限差分法模拟具有较高的可信度。(4)分析确定了糜棱岩断层破碎带涌水对周围土体及衬砌的耦合效应。建立三维流固耦合模型,采用实体单元模拟隧道开挖面涌水,分析断层内隧道涌水量及涌水对周围土体及衬砌的影响。结果表明:(1)累积涌水量随时间呈线性变化,在时间为1.1天时,计算涌水量与实际之间相对误差为3.76%。(2)涌水速度随时间先快速增长,后缓慢下降,最终趋于稳定。(3)隧道开挖面涌水处周围土体孔压明显较小,开挖面涌水上方地表沉降最大,其沉降呈对称漏斗状;距离开挖面最近衬砌的变形、孔压最大。