在建的成兰铁路某层状软岩隧道,为一深埋特大断面特长隧道,同时属于典型的高地应力软弱围岩隧道,在隧道的施工阶段产生了明显的大变形现象;同时隧道内地下水出露明显,且流量较大。由于大变形的产生与地下水的大量发育致使隧道的施工进展缓慢,工期延长,同时严重威胁隧道的施工安全。因此为深入分析该软岩隧道的大变形机制,本文从隧址区的地质环境条件入手,通过室内外岩石力学试验以及变形监测成果分析等方式对隧址区软岩的工程特性以及大变形的发育特征进行了深入分析;在此基础上采用定性分析与数值计算相结合的方式详细分析了地应力与地下水对该软岩隧道变形的影响,研究了该软岩隧道的大变形机制与力学模式。主要取得的研究成果如下:1、隧址区以中高山地貌为主,发育三叠系杂谷脑组、侏倭组与新都桥组的砂岩、板岩、千枚岩,构造活动强烈,发育多个次级褶皱以及五组优势结构面;地下水类型以基岩裂隙水为主;隧址区的最大主应力方向为NW向,与隧道轴线方向小角度相交,隧道埋深部位最大主应力约为11~25MPa;2、薄片鉴定以及矿物成分分析揭示隧址区的软岩主要为炭质千枚岩,其含有云母、伊利石、绿泥石和石英等矿物成分,其中可能产生膨胀变形的矿物伊利石含量为5.85%~34.37%;剪切试验成果显示,千枚岩在平行片理方向下的内聚力c为0.997MPa,内摩擦角φ为44.48°;垂直片理方向的内聚力c为4.504MPa,内摩擦角φ为55.37°;3、不同含水状态下软岩的单轴、三轴试验成果揭示了隧址区千枚岩的软化系数为0.58,同时随着饱水时间的增加,软岩的抗压强度、抗剪强度整体减小,水对软岩内摩擦角的影响较明显;围岩分级结果表明该隧道主要发育Ⅳ、Ⅴ级围岩,并以Ⅴ级为主,仅少量Ⅲ级围岩发育;4、该隧道围岩的变形具有明显的空间不均匀性,大量值的变形主要受软岩的含量、地下水、地质构造、岩体结构、应力状态的影响;通过对隧道大变形特征的分析表明软岩以及较破碎的岩体结构是该隧道大变形产生的基础,而地下水是影响大变形产生的主要因素,其对隧道D5K222+360~570硐段大变形的产生影响尤为显著;5、隧址区地下水主要来源于大气降雨与大姓沟的渗流补给,地下水通过软化作用与渗流作用影响围岩大变形的产生;而地应力主要通过切向应力集中,使软岩进入塑性状态,产生塑性变形而导致大变形的产生。数值分析显示地应力与地下水对围岩变形影响显著,随着地应力与地下水头的增加,隧道硐周各部位的围岩应力增加,围岩的变形量与塑性区体积增大,其中拱脚部位应力集中程度较高,地应力对隧道拱顶与拱底的变形影响较为突出,而地下水对拱顶围岩的变形影响较为显著;6、该隧道大变形的产生是在多种影响因素的耦合作用下而产生,但地下水是造成该软岩隧道产生大变形的主要控制因素,地下水的软化机制是该隧道大变形产生的主要变形机制;该隧道大变形的力学模式主要为软岩的塑性流动,同时伴随有软岩的塑性剪切滑移与塑性楔体的剪切滑移;数值计算结果显示隧道开挖后围岩产生了显著的塑性挤出变形,从而验证了关于大变形力学机制模式定性分析的正确性;针对该隧道大变形产生的主要原因,提出了相应的支护、施工建议以及支护措施的优化方案,并结合工程实践,论证了支护优化方案的有效性与实用性。