近年来，随着我国经济的快速发展，交通量不断增加，一些早期修建的隧道，已不能满足交通量日益增长的需求，无法保障行车安全和满足使用要求。为了提高这类隧道的通行能力和服务水平，对既有的不能满足交通需求的隧道进行改扩建已逐渐提上了日程。但国内外进行的黄土公路隧道改扩建工程非常少，没有形成成熟的理论体系和完善的设计施工方案。本文以山西省棚头沟隧道（河潞2号隧道）改扩建工程为依托，通过资料收集、理论分析、数值模拟和现场监控量测相结合的方法，对黄土公路隧道改扩建工程开挖方法比选及其动态施工过程进行了模拟研究，通过总结归纳依托工程的具体施工技术，提出了一套适用于黄土地区公路隧道改扩建工程的关键施工技术。主要研究内容和结论如下：1、根据公路隧道的扩建原则和依托隧道的实际情况，提出了棚头沟隧道（河潞2号隧道）应采用双侧扩建形式进行扩建。通过对台阶法和全断面法两种扩挖方案的数值模拟和对比分析，提出了应采用台阶法对依托隧道进行改扩建，以便更好的利用原衬砌的约束支撑作用，达到控制变形和降低支护结构受力的效果。2、通过三维数值模拟黄土公路隧道改扩建的动态施工过程，分析了拱顶下沉、净空收敛、围岩及支护结构受力状态随隧道改扩建过程的变化规律，得出了改扩建对原有隧道衬砌未拆除段和已扩挖隧道段的变形影响范围和应力状态影响范围，对棚头沟隧道（河潞2号隧道）改扩建施工的顺利完成起到了一定的指导作用。3、通过现场的监控量测和跟踪观测得到了各测试项目在隧道改扩建过程中的变化规律，直接指导了依托工程的设计和施工，并与数值模拟结果进行了比较。4、通过设计前收集到的原隧道修建时的调查资料和改扩建施工过程中现场观察到的围岩出露情况，结合现场监控量测结果，把整个既有隧道分成了正常施工段、小坍塌段和大塌方段，提出了正常施工段的关键施工技术和塌方段的辅助施工措施。