随着铁路建设的快速发展,越来越多的铁路隧道出现在地形复杂、地质条件差、埋深大的山岭地区。长大隧道施工中采用不同的开挖方法往往是控制施工工期的关键,隧道施工过程中需要解决的关键技术问题是保持开挖面附近围岩的稳定和加快施工进度。本文以敦煌-格尔木铁路当金山隧道为背景,应用室内试验、数值模拟及现场监测相结合的研究方法,研究隧道不同的施工方法和是否施做底板等情况下隧道围岩的变形与应力特征,为全断面法在Ⅴ级围岩的施工提供技术支撑。主要研究内容和结果如下:(1)通过室内围岩矿物成分测试试验,检测围岩中的矿物成分及含量,结合该处现场监测的围岩变形规律,研究矿物成分及含量对围岩工程性质和隧道变形的影响。检测结果表明,岩样中含有的非金属元素达70%左右,远高于金属元素的含量;不同取样地点岩样所含矿物成分不同,隧道正洞石英和长石的总含量为73.3%,远高于斜井和平行导洞处;伊利石和斜绿泥石的含量低于斜井和平行导洞。当隧道正洞围岩中硬度高的矿物含量较高时,隧道围岩的变形就小些;而在斜井和平行导洞中,斜绿泥石和伊利石等硬度低的矿物含量相对高一些,导致斜井和平行导洞处围岩变形较大。(2)应用地层-荷载分析方法,建立了隧道三维数值分析模型,针对隧道Ⅴ级围岩段采用的全断面法、台阶法和预留核心土法三种开挖方法进行数值模拟,模拟结果表明,Ⅴ级围岩段隧道采用全断面法施工的内力和变形均大于台阶法和预留核心土法的内力和变形,但也在可控范围内;施做底板初期支护可以减小围岩墙脚处的水平位移,并相应减小衬砌的应力。(3)隧道采用全断面开挖后,现场监测表明,围岩的拱顶沉降值、水平净空收敛值和数值模拟的结果基本吻合,围岩的位移与应力,衬砌和锚杆的应力都在允许范围内。但需要相应的超前支护措施,来保证隧道开挖面附近围岩的稳定性。