注浆管棚作为软弱地层隧道预支护主要手段之一,在工程中常出现注浆不饱满的情况,给其预支护效果带来不确定性;针对部分极端地层常采用管内加筋或套管等方法以提高管棚刚度,但其对管棚承载特性及预支护效果的提高尚未有准确评定。同时业内对管棚承载特性研究还存在诸如力学性质不明确,与地层相互作用关系认识不深入等问题。为此,本文针对管棚注浆不饱满缺陷以及管内加筋、套管措施对管棚承载性能提升不明确问题,设计室内试验对管棚试件的承载特性进行初步分析,并在此基础上,依托湘桂铁路扩能改造Ⅱ线石头岗隧道工程,采用精细化数值手段分析其对管棚承载特性及预支护效果的影响,主要内容如下:(1)为分析管棚施工中存在的注浆不饱满缺陷对管棚承载特性的潜在影响,制定试验方案,开展不同注浆饱满度下轴压和纯弯试验,得到不同饱满度下管棚力学参数及荷载变形曲线,对不同饱满度下管棚的承载特性进行初步探究。(2)针对无法定量评价管内加筋或套管方法对管棚承载性能的提升效果,设计试验,得到管内加筋、套管两种措施下管棚试件的材料力学参数及M-μ_m曲线,对两种措施的提升效果进行初步定量分析。(3)采用有限元软件对室内试验中各类型试件建立精细化数值模型并进行计算,通过对比数值计算与室内试验的屈曲形态与荷载变形曲线,证实建模方法的正确性。(4)以湘桂铁路扩能改造Ⅱ线石头岗隧道工程为依托,结合室内试验得到的材料力学参数,考虑因管棚与围岩刚度差异大而引起的管棚与围岩变形不协调问题,建立精细化三维数值模型,分别对注浆饱满度及管内加筋、套管措施对管棚的承载特性及预支护效果影响进行分析。