无粘结环锚预应力衬砌是一种能充分发挥预应力结构特性的新型结构形式,主要适用于那些压力水头较高、围岩厚度较薄、围岩地质条件较差、衬砌开裂后渗水可能导致邻近建筑物或边坡失稳等重大事故的水工隧洞工程。无粘结环锚预应力衬砌通过张拉混凝土衬砌内的锚索使衬砌产生预压应力,可以使衬砌厚度减薄,能节省材料和开挖量、显著降低工程造价和施工难度、加快施工进度,可以弥补混凝土抗拉强度和延展性低的缺点,可以充分利用混凝土抗压强度高的优点,是一种很有发展前途的衬砌形式。在我国的水电工程和城市输水工程中具有广泛的应用前景。无粘结环锚预应力衬砌技术是一种新型结构,设计理论尚不完善,更无具体的设计规范,有些关键技术尚未得到很好解决。本文结合ANSYS有限元分析程序,对无粘结环锚预应力衬砌结构的结构形式优化、设计理论、有限元计算方法等方面进行了一些研究。主要研究内容如下:结构形式的优化方面。已有工程采用的都是双排锚具槽形式,这种布置方法不仅施工困难,而且锚具槽不易回填密实,容易形成结构缺陷。本文在分析这种结构缺陷产生原因的基础上,提出了单排锚具槽结构形式,并通过三维有限元计算分析,对锚索张拉完毕后单排锚具槽形式衬砌内建立的应力分布进行了计算分析,结果表明:单排锚具槽形式不仅在施工和结构安全方面要优于双排锚具槽形式,而且在应力分布方面也要优于双排锚具槽形式。本文利用有限元计算分析了单束锚索张拉的邻锚效应,给出了环向应力和轴向应力的邻锚效应,并对邻锚效应进行了曲线回归和函数模拟。通过锚索张拉的邻锚效应的叠加,总结了锚具槽间距与衬砌内环向应力大小的函数关系,分析了锚具槽间距与衬砌内环向应力均匀性的函数关系。建立了锚索张拉力、锚具槽间距与衬砌内应力状态之间的关系,对于未来工程设计中选择合适的锚具槽间距和锚索张拉力有一定的参考价值。