地层纵向性态的改变会引起隧道衬砌结构受力及变形的变化,针对这些变化,在设计上要做出相应的调整才能使隧道更安全。探索地层纵向性态对隧道衬砌结构的影响,对优化隧道设计方法具有重要意义。论文以兰州市九州隧道实际工程为原型,运用midas GTS有限元软件对三种不同土体下的隧道进行了静态模拟,重点研究了土体围岩级别的增大对衬砌结构受力及变形的影响。内容及成果如下：分析对比了在不同围岩级别的土体中,隧道不同截面上衬砌结构喷射混凝土的应力和位移的变化。围岩级别越高,隧道衬砌喷混所产生的竖向有效应力和竖向位移就越大,并且当土体围岩级别增大后,隧道衬砌拱趾处的有效应力增长较快,增量较大,而拱顶处的有效应力增长相对缓慢,明显小于拱趾处,有效应力的增量及增长速度自两侧拱趾沿拱圈向拱顶逐渐减小,并在拱顶处达到最小值。竖向位移的变化同有效应力的变化相反,但土体的改变对有效应力的影响大于对位移的影响,所以在隧道衬砌结构喷混的设计中,当纵向地层的围岩级别有所增大时,应在计算中提高安全系数,增大配筋及喷混的厚度,以确保工程质量。研究当土体围岩级别增大后,对隧道衬砌结构锚杆的轴向应力和应变所造成的影响。当地层的围岩级别增大,隧道锚杆上的应力会增大,其中拱趾处锚杆的应力增幅大于其他位置锚杆的应力增幅。锚杆上应变的变化同应力的变化相同。在隧道锚杆设计中,当围岩级别增大时,应增大拱趾处锚杆的锚固深度,并加强锚杆的强度。