高壓隧道對于大型水電站和抽水蓄能電站（PSPPs）至關重要，這些電站的運行壓力超過了100米的水頭（Zhou等人，2015年）。近年來，PSPP隧道的運行壓力達到了前所未有的水平（Bian等人，2009年），這凸顯了需要先進襯砌結構設計來支持超高壓水頭的PSPPs建設。

高壓隧道襯砌通常分為三種類型：無襯砌、鋼襯砌和混凝土襯砌（Benson，1989年；Fernández，1994年；Panthi，2014年）。其中，鋼筋混凝土襯砌因其技術成熟、成本效益高和施工效率高而得到廣泛應用（Pachoud等人，2017年）。在中國，這種襯砌的應用尤其迅速（Su等人，2023年）。然而，在高內部水壓力作用下，鋼筋混凝土襯砌極易發生拉伸裂縫，因為混凝土的抗拉強度有限（C30混凝土的抗拉強度僅為2.0 MPa）（Busari，2013年；Schleiss，1986年；Schleiss，1997年）。在中國，通過控制裂縫數量和寬度來限制裂縫的發展，利用圍巖抵抗高壓水，并采用固結灌漿來降低巖石的滲透性（Shen和Xu，2010年）。然而，一旦裂縫出現，襯砌的主要功能——防滲、密封巖石和保持表面平整性——就會受到損害，從而導致耐久性問題（Ahmad等人，2021年）。這可能導致漏水、基礎缺陷和整體結構失效，對隧道的安全性和使用壽命構成嚴重威脅（Mohan和Poobal，2018年；Wang等人，2013年）。裂縫形成的不可預測性、不規則的裂縫模式以及監測和預防的挑戰，都迫切需要重新思考傳統的襯砌設計。

鋼筋混凝土襯砌的裂縫形成和裂縫后的行為是壓力隧道設計中的關鍵關注點（Karakouzian等人，2019年；Schleiss，1986年）。以往的研究采用了理論分析、物理模型試驗、現場試驗和數值模擬來評估襯砌的承載能力（Bigdeli等人，2021年；Huang和Wang，1998年；Simanjuntak等人，2013年；Wang等人，2003年；Zhang，2002年）。鑒于物理模型試驗的成本高昂、周期長和復雜性，數值模擬已成為首選方法（Karakouzian等人，2019年；Karami等人，2019年；Simanjuntak等人，2016年）。例如，Bian等人（2016年）使用了有限元零厚度接觸元素和離散裂縫模型來分析高內部壓力下的襯砌裂縫；Zhang等人（2018年）采用了4節點零厚度元素；Zhou等人（2015年）引入了應變均勻性系數來評估襯砌的滲透性和與圍巖的聯合承載能力；Zhang等人（2021年）進一步發展了虛擬元素方法、主從接觸方法和應力-滲流耦合理論，并將結果與試驗數據進行了驗證。此外，Chen等人（2014年）提出了一個滲流-彈塑性-損傷模型，以捕捉飽和多孔介質中的拉伸/壓縮損傷、塑性變化和滲透性變化。

盡管取得了這些進展，但控制水流、應力重分布和裂縫演變之間復雜的水力-力學耦合行為仍然沒有得到充分研究。特別是當裂縫發生時，加壓水會滲入襯砌-巖石界面，改變孔隙壓力和有效應力狀態。由于內部水壓力重分布和圍巖的約束作用，這一過程可能導致鋼筋的應力發生反轉——從裂縫前的拉伸應力變為裂縫后的壓縮應力。此外，襯砌-巖石界面的滲透性在決定水力傳遞和機械載荷傳遞的程度方面起著關鍵作用。現有模型往往忽略了或簡化了這些機制，導致在高壓力條件下描述裂縫后行為的準確性有限（Zhang等人，2025年）。

為了解決這些不足，本研究提出了一種帶有誘導裂縫的新型鋼筋混凝土襯砌方案，該方案能夠將裂縫引導到預定位置。這種方法克服了傳統襯砌由于施工質量和地質條件影響而產生的隨機性和不可預測性。物理模型試驗驗證了我們之前工作提出的設計思想的有效性（Zhang等人，2025年）。此外，壓力隧道襯砌在內部水壓力作用下的裂縫形成是一個從起始到擴展的動態過程，這一過程顯著影響水力-力學耦合。在本研究中，我們開發了一個數值模型來模擬水力-力學耦合下的襯砌裂縫。我們提出了一個滲流-應力-裂縫耦合模型，用于模擬裂縫后的襯砌-巖石間隙中的水流情況，并通過典型工程案例的模擬進行了驗證。同時，我們分析了影響襯砌裂縫寬度的因素，并詳細討論了中國壓力隧道混凝土襯砌的現有設計標準。