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隧洞是水工建筑物中极其重要的结构形式之一，特别是在水利工程的输调水工程中发挥着重要的作用。随着社会主义事业日新月异的发展，人们对隧洞的要求也越来越高。有些隧洞长度要达数十公里长，埋深在几千米之内，要穿越很多种不同的地质单元，遇到极其复杂的不良地质条件。同时由于隧洞工程的工序繁多、技术复杂、施工比较困难，所以，隧洞工程往往成为整个水利工程的控制性工程。本文系统介绍了隧洞围岩稳定性和衬砌结构设计分析理论，并结合实际工程中隧洞三维有限元仿真分析所涉及问题，基于ANSYS软件对隧洞的结构应力变形进行仿真分析。本文研究主要内容为：(1)了解目前国内外已建深埋长隧洞的地质条件、岩体物理力学参数、深埋隧洞的相关设计资料和相应衬砌设计及施工方法。利用理论计算结果确定隧洞断面型式和支护方式，选择典型断面运用大型通用有限元软件ANSYS对不同类围岩不同工况及荷载组合进行分析计算。(2)将隧洞仿真分析计算所得计算成果与运用结构力学理论分析的结果进行比较，验证仿真分析的可行性及合理性。(3)用有限元ANSYS软件对II类、V类围岩两个典型断面进行固结灌浆模拟分析，根据模拟分析结果可看出III类以下围岩固结灌浆的必要性。(4)鉴于仿真分析结果进行混凝土衬砌支护、灌浆与分缝的优化。