由于高地应力环境下隧道软弱围岩的受力复杂、变形大，具有流变、蠕变等特点，常常造成支护结构侵限、初支掉块开裂、仰拱隆起、二衬开裂等病害，严重制约了隧道正常施工，影响了支护结构的长期稳定性，而目前国内外对隧道软弱围岩变形及受力的研究还没有相对成熟的成果，在隧道工程界是一个世界性难题，因此开展高地应力环境下隧道结构受力特性及变形控制技术研究是非常必要的。　　本文依托兰渝铁路木寨岭隧道工程，针对高地应力环境下炭质板岩的变形及受力，在目前现有研究成果的基础上采用了现场监测，室内外试验，数值模拟分析等方法，从支护的变形及其受力特性角度出发，对处于高地应力条件下的炭质板岩大变形隧道支护结构受力特性及变形控制技术进行了研究。主要研究内容及结论如下：　　通过现场点荷载试验及剪切试验，得到了木寨岭隧道炭质板岩围岩的强度取值范围及相关参数值，即：平均强度1.9MPa，内摩擦角27.5°，粘聚力0.21MPa，变形模量0.502GPa。木寨岭隧道炭质板岩强度低、顺层强度更低，且遇水软化性质显著，属于极软岩。　　通过水压致裂法，对木寨岭隧道内进行岩体地应力测试，分析木寨岭隧道隧址区围岩地应力分布和结构、主应力大小和隧道横断面应力状态，得出木寨岭隧道围岩的主导地应力为水平向应力作用，得出在测试深度大于30m范围内，最大水平主应力值处于26.22~38.38MPa之间，最小水平主应力值处于15.73~21.52MPa之间，隧道区北段垂直隧道轴线的隧道横断面侧压力系数为σ横/σv为2.92；隧道区南段垂直隧道轴线的隧道横断面侧压力系数为σ横/σv为2.14，地应力结构有利于逆断层的发育和活动。根据木寨岭隧道地应力测试结果，对隧道围岩进行现场应力释放和松动圈测定，得出在炭质板岩围岩下，隧道拱腰至边墙范围内松动圈影响范围超出8m以上。　　木寨岭隧道炭质板岩围岩采取四层支护形式，其中初支为三层，依次施做锚喷、网喷及刚架，第四层支护为二衬。通过有限差分软件建立模拟马蹄形和圆形两种断面的围岩支护结构变形的计算模型，结合现场监测数据进行分析，结果显示马蹄形在第四层支护施做前，三层初支在拱顶位置累积沉降值约为450mm，已超出设计预留值约1倍，在边墙位置累积收敛值约为1400mm，超出设计预留值约4倍，二衬施做后，围岩变形速率有所放缓，但变形仍在持续增长，四层支护无法达到对围岩变形的控制预期；圆形扩挖断面在第四层支护施做前，三层初支在拱顶位置累积沉降值约为250mm，低于设计预留值，在边墙位置累积收敛值约为800mm，超出设计预留值15%，在可控范围内；二衬施做后，围岩变形明显呈收敛趋势，拱顶沉降终值在300mm以下，低于设计预留变形量，四层支护可以有效的控制围岩变形。根据对两种断面围岩变形的监测发现，炭质板岩围岩变形先是平稳增长，后急剧增加，第三层支护施做后变形速率明显减缓，四层支护后马蹄形断面围岩变形仍在缓慢增长，圆形扩挖断面围岩变形呈收敛趋势。　　利用已建立的数值分析模型以及现场监测数据，研究了高地应力环境下的炭质板岩隧道围岩支护结构力学行为，得出支护结构在边墙及拱脚位置的应力值较高，马蹄形断面二衬接触压力在拱脚处达到800kPa，混凝土表面应力在边墙处最大，并且现场发现该处混凝土首先发生开裂、掉块等破坏；圆形扩挖断面二衬接触压力在拱脚处为500kPa，混凝土表面应力在拱脚处最大，约为15MPa。施作隧道二衬后，圆形隧道断面的支护结构表现为边墙和仰拱部位为薄弱部位，拱顶承受的水平压应力最大，约为1284.58KN，边墙处靠近洞内段锚杆应力最大，约为5699.75KN。　　根据木寨岭隧道围岩支护结构的受力和变形分析结果，提出了炭质板岩段大变形处治在施工过程中应遵循的原则，即：在施工工艺方面，采取“先柔后刚、先放后抗”的思想，分阶段加强支护结构并提高支护体系整体受力性能；“圆形断面+超前导洞扩挖+四层支撑体系”方案，适应高应力下隧道结构变形，弥补传统工法的缺陷，其中超前导洞采用两台阶法，开口段采用仰拱封闭成环或套拱控制变形，圆形扩挖断面施工采用三台阶法，支护为三层初支和一层衬砌的支护结构。据此进行隧道监控实验得到隧道初支总位移，第一层初支释放60%左右，第二层初支释放25%~35%左右，第三层初支释放10%~15%左右，第三层初支施做完成后拱顶沉降速率相对于施做前降低了80.6%，上台阶水平边墙收敛速率降低了82.4%，变形已经得到有效控制，衬砌施做完成后，变形基本达到收敛。并且数值模拟结果显示，圆形断面整体受压均匀，弯矩和剪力显著减小，最小主应力（压应力）值减小80%以上，圆形断面表现为径向均匀收缩，从结构受力和变形上看，圆形断面比现有优化过的软岩断面更有优势。　　研究证明，依据“先柔后刚、先放后抗”的思想建立的“圆形断面+超前导洞扩挖+四层支撑体系”处治方案，对炭质板岩围岩变形的控制效果较好，隧道结构的安全储备较大，围岩变形符合规范要求，处治措施达到了预期效果，工程质量安全、可控，技术得到了一定提升，可以为以后的类似工程提供借鉴。