随着我国国民经济飞速发展,基础设施建设大力推进,交通(公路、铁路、城市地铁)、水利等设施的建设高峰期已经出现,越来越多的工程修建说明了一个问题：中国已是世界上隧洞及地下工程规模最大、数量最多、地质条件和结构形式最复杂、修建技术发展速度最快的国家之一,技术水平与建设成就已走在世界前列。但由于岩土体物理力学性质的不明确性、隧洞工程的个体差异性等原因,尤其对饱水黄土隧洞而言,设计理论还不够完善。因此研究饱水黄土隧洞支护衬砌结构设计具有理论与实践意义。通过介绍引洮工程15#隧洞的工程概况,明确了该隧洞与周边环境的关系,借助多年来积累的工程地质勘查资料及科研成果,分析了该隧洞洞身围岩的特殊性质。该隧洞洞身围岩主要为第四系饱水土,由可塑～硬塑状的重粉质壤土、粉质粘土和软塑状的粉质壤土、砂壤土组成,整体土层极不均一,围岩性状差异大。其次,总结现有隧洞衬砌结构设计的计算模型,指出每种模型各自的特点以及相关的计算理论,并选择了利用两种模型分别计算的方法。选取类马蹄形及圆形断面两种不同工况,利用ANSYS软件对该隧洞衬砌结构进行力学分析,发现圆形断面的受力比类马蹄形受力好。然而,类马蹄形断面与圆形断面相比具有更大的使用空间和使用宽度。在满足相同净空的要求下,圆形隧洞的开挖量大,衬砌和加固圈的用量也相应增大,施工没有类马蹄形断面方便。总结各方面因素,建议采用类马蹄形断面型式。随后用FLAC软件模拟了隧洞的开挖,经过计算表明,按照原设计文件的支护衬砌结构偏于保守,有较大的优化空间。将原设计文件中的衬砌减薄100mm、锚杆设置减少4根,从支护前、支护后、设置锚杆后三个阶段对整个开挖过程进行分析,得出优化方案是可行的。再对地震作用下隧洞衬砌结构的力学响应进行时程分析,验证优化方案中衬砌结构在地震作用下的稳定性,同时说明支护体系中锚杆的设置在抗震中的重要作用。最后通过对该隧洞施工过程中实际监测数据进行回归分析,指出隧洞的支护参数要随时根据施工过程中围岩的动态信息进行调整,保证施工安全顺利进行。引洮工程15#饱水黄土隧洞断面较大,长度较长,工程地质条件极为复杂、性质恶劣,具有极强典型性,研究该隧洞的支护衬砌结构设计对今后类似工程的建设具有极强的指导意义。