隧道修建穿越富水破碎岩体时,围岩自稳性差,水压作用下极易发生工程事故,必须采取必要的注浆措施进行后注浆加固或者超前预加固,以保证隧道开挖及运营期间具备足够的安全性。本文针对富水破碎岩体隧道开挖的注浆设计优化及质量评价问题,基于数值模拟、对比试验(控制变量法)、正交试验方法,提出满足新建京张高铁崇礼段正盘台隧道技术质量指标且具备经济效益的径向注浆、管棚注浆及帷幕注浆设计优化方案。运用模糊数学理论建立正盘台隧道各注浆形式的质量评价数学模型,对注浆设计优化效果进行评价。论文主要成果如下:(1)正交试验利用设计参数集合的正交性,从试验样本空间中选出具有代表性的点,对于同样的试验次数,可以考核的优化组合样本数目远超简单对比试验,并且具有更高的置信度。正交试验结果可以确定各参数对注浆质量影响程度的相对次序,可以作为注浆质量影响指标权重向量计算的依据。综合正交试验结果的直观分析、方差分析、极差检验法分析,得到正盘台隧道径向注浆优化设计参数为:注浆圈厚度为0.35倍的开挖洞径,弹性模量为原岩的5.0倍,粘聚力为原岩的1.7倍,摩擦角为原岩的1.05倍,渗透系数为原岩的1/50倍。(2)正盘台隧道管棚注浆优化设计参数为:管棚厚度0.8m,管棚范围为隧道中心线120°,拱顶设置φ22组合中空注浆锚杆、边墙设置φ22普通砂浆锚杆。(3)正盘台隧道帷幕注浆优化设计参数为:帷幕注浆范围为隧道开挖上台阶轮廓线外4m(仅对隧道开挖上台阶帷幕注浆),拱顶设置系统锚杆并双层布置40根φ108钢管棚。(4)运用模糊数学理论建立评价模型,分别对正盘台隧道径向注浆、管棚注浆、帷幕注浆设计参数的优化结果进行质量评价,表明质量优良。