近年来,我国交通基础设施的建设取得了蓬勃发展,修建了一大批高地应力场软岩隧道,给隧道工程的设计与施工带来了新挑战。大量工程实践表明,高地应力场软岩隧道在施工过程中经常遇到断面缩小、衬砌裂损、拱架扭曲、掌子面坍塌等围岩大变形问题,严重影响隧道施工的安全和进度,进而增加施工成本。论文以四川省阿坝州绵竹至茂县公路蓝家隧道为依托工程,选取多个典型特征区段作为研究对象,综合运用理论分析、数值计算、室内模型试验和现场测试等多种研究方法,针对高地应力场软岩隧道开挖与支护开展深入系统的研究。主要研究成果如下:(1)基于蓝家岩隧道现场水压致裂法地应力测试成果,综合采用数值计算和多元线性回归等方法,通过反演分析得到了隧道轴线方向上初始地应力场的分布特征,并与施工过程中应力解除法测得的初始地应力进行对比,证明了反演分析的结果是正确的。以强度应力比为判定指标,提出了高地应力场软岩隧道围岩大变形的分级指标,据此对依托工程全线围岩大变形的等级和区段进行了预测。(2)采用数值模拟的方法研究了不同类型地应力场中最大水平主应力与隧道轴线夹角α对软岩隧道围岩稳定性的影响规律,并基于单因素敏感性分析探明了洞周围岩变形对夹角α的敏感程度,运用多因素敏感性分析得到了夹角α和侧压力系数λ_H和λ_h对洞周围岩变形影响程度的大小。开展了大型三维地质力学模型试验,探明了最大水平主应力与隧道轴线平行和垂直两种情况下软岩隧道的围岩稳定性。(3)采用数值计算和模型试验相结合的方法,探明了管棚布设范围、环向间距和注浆厚度等单一因素对高地应力场软岩隧道围岩稳定性的影响规律。综合运用拉丁超立方抽样、遗传算法和罚函数理论等数学手段,以控制围岩变形为约束条件,以节约材料成本为优化目标,提出了一种综合考虑支护效果和材料成本的管棚参数优化方法,该优化方法可以综合考虑管棚各设计参数的相互影响。开展了大型地质力学模型试验,对管棚参数优化结果进行了验证,证明了本文提出的管棚参数优化方法的合理性。(4)厘定了国内外典型高地应力场软岩隧道常用的开挖工法,综合采用数值分析和模型试验的方法研究了不同开挖工法对高地应力场软岩隧道围岩稳定性的影响规律,比选出适合高地应力场软岩隧道施工的开挖工法。采用数值模拟的方法针对上下台阶法的施工参数进行了优化,得到了依托工程开挖进尺和台阶长度的最优值。论文研究成果将对我国西部大量拟建的高地应力场软岩隧道具有重要的理论意义与实用价值。