引汉济渭引水隧洞穿过秦岭，开挖距离长，围岩地质构造复杂多变，地下水水位高，在这种情况下隧洞开挖和衬砌过程中产生高渗压和高地应力问题，渗流场与应力场间的耦合作用不容忽视。在耦合作用情况下，衬砌上外水荷载的作用不再是单纯是水压力，还需要考虑围岩渗透变形作用；相应地，外水荷载应对措施的减载规律有了新变化。本文采用考虑渗透体积力和渗透系数动态演化方程的流固耦合控制方程，考虑围岩衬砌的联合承载作用而将其作为整体结构进行建模分析，应用有限元软件ABAQUS对开挖与衬砌灌浆等施工工序进行仿真模拟，对外水荷载在衬砌上的作用机理和堵排水措施减载规律以及应用情况进行了研究。首先建立围岩-衬砌整体结构的二维有限元模型，确定边界条件和模型参数，对开挖-衬砌过程进行模拟。基于流固耦合的原理，分析这一过程中围岩-衬砌结构-水相互作用机理。其次在原有模型基础上，增加灌浆堵水和排水管排水的模拟，通过对灌浆圈渗透参数和排水管长度、数量、布置位置等方案减载效果的对比，分析基于上述响应机理下堵排水措施的减载规律。最后基于动态施工的理念，建立三维有限元模型，反映隧洞施工中空间和时间特征，分析开挖时掌子面、未衬砌围岩、已衬砌围岩三者相互影响的动态过程，为引汉济渭隧洞工程提供应力场和渗流场的动态预测计算结果。通过研究，本文得出结论如下：一、围岩与衬砌结构作为整体联合承载时，在渗流场-应力场耦合作用下，围岩中的渗流体积力同样会间接作用于衬砌结构；在衬砌施工过程中，过大的涌水进入衬砌浇筑模板，带走未凝结的材料，形成结构的缺陷从而改变衬砌结构的渗流特性，导致衬砌上应力的不利分布，这是由地下水渗流产生，在应对衬砌高外水荷载时应该考虑这两种作用的存在。二、为减小对工程区环境影响，灌浆圈渗透系数建议取表层围岩的1/40。灌浆圈与衬砌渗透系数比值小于1时，灌浆措施减载效率扩大2倍，但会增大围岩对衬砌挤压应力1.04倍，应提高其刚度或设置预留变形和柔性垫层。在多排水管布置时顶部排水管的减载作用最大，但是它的减载效果又取决于灌浆圈与衬砌渗透系数比值，在0.2~1.6之间时效果最佳并且可以将之伸入灌浆圈进一步减载，但是大于5时反而会增大衬砌上应力。衬砌浇筑时模板内防排水和使用防水添加剂是防治渗透破坏的有效措施。三、建立的三维模型为动态施工提供了实时仿真模拟，保障工程设计和施工的安全合理。同时为考虑材料属性的各向异性和空间变异性，有限元计算模型需要结合现场监测，实时进行地下水分布调查、围岩参数反演和室内材料试验。监测、反演、试验、仿真模拟四者相互结合。