摘要：随着隧道运营数量的不断增加,运营时间的不断增长,已有大量的隧道出现了不同程度的病害现象,如衬砌变形、裂损、道床损坏、结构渗漏水等,严重威胁着隧道内的行车安全。造成隧道出现病害的原因有很多,其中,衬砌背后存在空洞是主要原因之一。衬砌背后存在空洞改变了衬砌与围岩的相互作用关系,恶化了衬砌的受力状态,造成了衬砌病害的产生。准确的确定衬砌的受力状态对隧道病害的预防及治理具有重要的意义。为明确空洞存在下衬砌的受力状态,本文采用数值模拟的方法对衬砌背后存在空洞时围岩压力分布规律、诸如隧道埋深、围岩级别等因素对围岩压力分布的影响规律及空洞存在时衬砌安全系数计算的模型等进行了研究,得出以下主要研究结论：(1)衬砌背后存在空洞,改变了荷载的传递路径,改变了围岩压力的分布规律,在空洞两侧形成了围岩压力增大区和围岩压力减小区。(2)定义了压应力平均增大系数及压应力增大范围两个参数来表征围岩压力增大区的特征,得出压应力平均增大系数随围岩级别、隧道埋深及衬砌厚度的增加,而呈逐渐减小的趋势,随开挖范围及释放系数的增加而呈逐渐增大的趋势；压应力增大范围随空洞范围、围岩级别、隧道埋深及衬砌厚度的增大而呈逐渐增大的趋势,随释放系数的增大呈逐渐减小的趋势。(3)对于空洞组合而言,当空洞范围较小,空洞相距较远时,空洞群之间叠加效应较小,围岩压力分布及衬砌变形规律与单空洞相同；当空洞范围较大或相距较近时,两空洞间存在叠加区域,会改变叠加区域内的围岩压力分布,降低叠加区域内衬砌的安全系数。(4)基于以上所得规律,提出了考虑空洞两侧围岩压力增大区影响的荷载-结构模型中的荷载加载模式,并通过算例对比分析了考虑与不考虑围岩压力增大区两种情况下衬砌的安全性,计算结果表明考虑围岩压力增大区的影响时,衬砌安全系数普遍降低,最危险位置由空洞中心向空洞两侧转移。