摘要：据统计,当前我国在建的7500km铁路隧道中,有30%-40%属于软弱围岩隧道,并且正在设计和规划修建的铁路隧道中,软弱围岩所占的比重更大。软弱围岩具有变形大、变形速度快、变形难以控制等特点。随着修建于软弱围岩中的隧道数量不断增加,由于拱脚地基承载力不足而造成隧道整体或局部下沉的事故时有发生。本文通过理论分析、模型试验及数值计算方法,对锁脚锚杆作用机理、预衬砌锁脚微型桩的比选分析及预衬砌的承载能力进行研究分析,主要工作及所得成果如下：1、尽管目前锁脚锚杆在软弱围岩隧道工程中已经应用的很多,但是对其作用机理和荷载传递机理的认识并不清楚。通过分析锚杆、钢架和围岩的相互作用机理,提出了锁脚锚杆力学计算模型。根据该模型对所托工程锁脚锚杆受力情况进行计算,并与实测值进行了对比分析。对比研究不同围岩弹性抗力系数、不同锚杆直径、不同锚杆壁厚、不同锚杆长度及不同下插角条件下锁脚锚杆的受力变化情况,为锁脚锚杆参数的合理选取给予指导。2、对于机械预切槽法开挖的软弱围岩隧道,为了避免因拱脚地基承载力不足而发生过大沉降变形,采用荷载结构法的不同模型进行拱脚地基荷载的计算。运用锁脚锚杆力学计算模型对不同规格的锁脚微型桩受力情况进行计算,综合考虑经济因素,锁脚微型桩的加筋建议选择T76L-1锚杆(外径76mm,壁厚7mm)。3、综合考虑试验箱及隧道尺寸确定模型试验的相似条件,根据土工力学试验结果可知,围岩相似材料采用2mm粒径砂土、铁粉、粘土和木屑,预衬砌模型材料采用水膏比为1.1：1的高强石膏浆液。4、利用MIDAS GTS有限元软件进行模型试验对应的数值模拟计算,通过模型试验和数值模拟计算结果的对比发现,预衬砌结构的最不利受力部位为拱顶内侧和拱脚内侧。由于试验条件所限,无法加载到预衬砌结构破坏,运用MIDAS GTS有限元软件进行预测得到当施加荷载为22.56Kpa时,预衬砌模型拱顶内侧拉应力值(51.3Kpa)达到石膏模型的抗拉强度值,开始出现裂缝。若按此时模型预衬砌结构达到承载能力极限状态,那么反推得到在拱脚部位完全处理好(数值计算中拱脚部位采用铰支约束)的情况下,原型预衬砌机构能够承受的土柱高度为47.5m(=1.19×40m),已经超过深、浅埋隧道分界深度。