随着西部大开发近三十年的推进,超大断面黄土隧道不断涌现的同时,也带来不少黄土工程病害问题。针对黄土隧道围岩变形发展快,持续时间长等特点,蒙华铁路部分隧道采用三台阶含仰拱同步开挖法,该工法能够实现快速施工、初期支护及早封闭成环,进而保证围岩的稳定性。本文以蒙华铁路7标线岳家1号隧道为依托,通过数值模拟与现场监测相结合的方法,对超大断面黄土隧道施工技术和初期支护进行研究,并提出合理的开挖工法和支护参数。(1)通过数值模拟方法对比分析了传统三台阶与三台阶含仰拱同步开挖法在Ⅳ级围岩段下围岩变形与初支受力规律。得出相比传统三台阶,三台阶含仰拱同步开挖法能更好的控制围岩变形,对应拱顶、仰拱及水平最大位移分别减少了 14.6%,27.2%和25.7%,且其初支结构受力整体较小。(2)通过数值模拟方法,从围岩变形、塑性区以及初支结构的受力状况并综合考虑各台阶施工空间等方面,对三台阶含仰拱同步法上台阶开挖高度进行优化设计,本文认为采用0.3H～0.4H的上台阶高度为最优台阶高度。(3)通过对岳家1号黄土隧道浅埋段进行三维实际地形建模,提出了从开挖工法和初期支护两方面控制超大断面黄土隧道V级围岩变形的方法,并结合现场监测数据表明,“超前预支护+格栅钢架+喷网+锁脚锚管”复合支护技术配合三台阶含仰拱同步开挖法能够有效控制围岩变形。(4)基于遍布节理模型,通过数值模拟方法考虑黄土垂直节理对围岩变形及初支结构受力的影响,并与现场实测值对比分析。结果表明:黄土垂直节理发育引起围岩更大变形与初支结构内力,其中围岩变形整体上以水平位移最为显著,更符合实际监测数据。(5)浅埋段监测结果表明,拱顶沉降因超前支护对围岩的加固作用整体较小,且沉降收敛较快。而水平收敛在黄土隧道埋深越浅时表现出更大位移且在初支封闭成环后仍呈增长趋势。因此,在超大断面黄土隧道浅埋段施工过程中,务必加强初期支护及洞周收敛的监控量测,严格做到支护超前以及初支及早封闭。