近年来,核工业、国防工业、交通水利等行业地下工程规模和深度均在高速增长。由于地质条件、变形特征的复杂性,深部高地应力围岩变形和破坏出现了蠕变时间可长达3年,蠕变量高达1.6m,支护过早、过迟及衬砌受力极不均匀等一系列亟待解决的世界性技术难题。针对此,本文提出深部高地应力软岩隧洞流质充填衬砌支护技术,具有以下4个特性:(1)可以给予围岩一定量变形空间(30cm~50cm);(2)可在围岩蠕变过程中均化衬砌受力;(3)可在围岩蠕变过程中给岩体提供指定的支护力,使得围岩最终蠕变量大幅降低;(4)降低整体的施工成本。为了定量分析流质充填衬砌支护技术的支护效果和支护机理,开展了系列试验,具体研究成果如下:(1)提出深部高地应力软岩流质充填衬砌支护技术,该技术分为流质充填衬砌初装阶段、低于卸压阈值均化增压阶段、充填物泄出卸压阶段3个阶段。(2)非泄出阶段不同流质充填物减载效果研究1)自主研发流质充填物非泄出条件下受力侧限装置,开展流质物非泄出条件下的加载试验,得出5种流质充填物在压密过程中提供给围岩卸力最大变形空间排序为8mm土体>4mm土体>8mm低强陶粒>粗砂>特细砂。2)流质物非泄出条件下,5种流质充填物均有较好的削减缓冲层顶部结构荷载峰值的减载效果。加载至极限荷载时,削减缓冲层顶部结构荷载峰值的减载效果排序为特细砂(削减缓冲层顶部结构荷载峰值达49.29%)>粗砂(削减40.36%)>8mm土体(削减25.20%)>4mm土体(削减17.43%)>8mm低强陶粒(削减12.33%)。3)研发可调侧限刚度的流质充填卸能效应装置,给出考虑围岩不同侧限刚度下填充特细砂、粗砂、粗粒土的减载规律。(3)可抽吸砂和工程碎屑物衬砌支护技术研究1)可抽吸试验表明跨中和1/4跨的挠度、弯矩和压力增长速率排序为无缓冲层衬砌>粗砂衬砌>特细砂衬砌,表明设置充砂缓冲层后衬砌结构受力较大的位置的弯矩随荷载增大速率大幅降低,减载效果显著,且特细砂衬砌减载效果优于粗砂衬砌。2)跨端的挠度、弯矩和压力增长速率排序为特细砂衬砌>粗砂衬砌>无缓冲层衬砌,表明充砂衬砌结构会将受力较大位置荷载均化到受力较小的位置,且特细砂衬砌均化效果优于粗砂衬砌。3)提出成本更加低廉的废弃土体和碎石作为填充材料,综合考虑支护、减载均化及流质泄出效果情况,给出最优排序为特细砂>粗砂>8mm废弃土>碎石。(4)流质充填衬砌支护技术可视化研究研发可视化加载卸压装置,建立流质泄出空腔区时空演化规律及对应卸载效果,给出确定流质泄出空腔区发育情况的技术方法。(5)砂和工程碎屑物衬砌隔震和抗冲击性能研究1)针对砂和工程废弃碎屑物衬砌支护,给出不同流质充填厚度下卸除震动和冲击荷载的规律,最终给出确定完全卸除震动和冲击荷载最适流质填充厚度的判别方法。2)给出冲击过程中任意时刻下冲击应力随沉降量的变化规律,并建立冲击应力?与速度v、时间t、沉降量s的关系式。(6)工程应用研究基于丹巴工程进行数值模拟分析,将传统支护与流质充填支护受力进行对比分析,验证流质充填衬砌支护技术的可行性。并总结不同流质充填衬砌支护技术的效果,给出流质填充物材料特性及材料成本对比表,为实际工程提供参考。