随着我国公路与铁路隧道的不断发展建设,隧道软弱围岩的支护结构设计与施工中面临的稳定性问题十分突出。隧道软弱围岩因其强度差从而造成的围岩变形量大、变形持续时间长、变形速度快,严重影响隧道的施工工期,甚至可能发生支护结构破坏、隧道失稳等危险事故。产生以上问题的主要原因是对隧道软弱围岩变形机制、变形规律、等认识不足,没有采用合理可行的控制方法。针对以上问题,在前人研究成果的基础上,通过对现场的支护结构破坏特征进行分析,探讨了对节理软岩隧道变形的影响;对现场岩石进行取样,进行了室内单轴、三轴压缩试验,分析了泥岩的力学性质;以Hoek-Brown准则为基础,将量化的GSI围岩评级系统与宏观连续介质理论之间建立联系,将Hoek-Brown参数转变为Mohr-Coulomb参数;以收敛-约束法为基础,得出围岩-支护结构相互作用曲线,分析隧道软弱围岩-支护结构的稳定性;以岩土变形控制方法为原理,基于不完全拱部效应理论,提出了优化支护结构设计方案;通过现场监测分析,验证优化支护方案的可靠性。并得出了以下重要结论:(1)对杨梅山隧道软弱围岩段初期支护结构的破坏特征进行分析可知,隧道初期支护钢架产生变形、初支混凝土破裂、钢筋网破坏,隧道软弱围岩-支护结构失稳的由多种因素的共同作用,主要因素包括围岩的强度、支护时机以及初期支护阻力的大小。围岩强度越低,围岩变形量;支护时机越晚,围岩变形量越大;支护阻力越大围岩变形量越小。(2)根据单轴和三轴压缩试验可以看出,泥岩的单轴抗压强度较低,呈现脆性破坏,单轴抗压强度在9~15MPa之间。构建围岩-支护结构特征曲线,得出隧道在拱顶及拱肩处的安全系数较低,隧道围岩易发生较大变形。(3)基于岩土变形控制方法及不完全拱部效应理论,对杨梅山隧道进行优化支护结构设计,通过对比分析,预约束与预加固措施在控制隧道围岩变形效果较好,故采用玻璃纤维锚杆及超前管棚对隧道进行预约束与预加固措施,通过围岩-支护结构特征曲线可知,优化支护结构设计方案具有良好的稳定性。(4)通过对杨梅山隧道的现场监测分析可知,原位观测结果显示断面前方的围岩为泥岩,岩性较差,而通过对围岩位移、围岩应力以及钢架内力的监测可知,随着隧道的开挖,隧道拱顶及左、右肩部变形量较大,围岩压力也较大,钢架的最大压力也出现在拱顶处,但位移量都在允许的变形范围之内,说明优化支护方案在软弱围岩段取得了成功。该论文有图60幅,表10个,参考文献80篇。