兰海高速渭源至武都段白鹤桥隧道位于秦岭山脉西延部分的陇南山地,洞身穿越地层主要以砂卵砾石为主,围岩稳定性较差。依据其工程地质特征、《公路隧道设计规范》(JTGD70-2004)、隧道围岩分级标准等,确定白鹤桥隧道全线围岩级别为Ⅴ级,具有典型的软弱围岩隧道特征,其施工方法及支护结构的选取具有复杂性和特殊性。本文以白鹤桥隧道为工程背景,在近一年的现场调研和实践的基础上,采用理论分析、数值模拟和现场监测相结合的方法,对其支护结构及围岩稳定性进行了系统分析,主要的研究工作和成果如下:(1)根据白鹤桥隧道软弱破碎围岩的工程地质特征,在分析隧道围岩变形破坏机制和支护结构设计方法的基础上,提出了超前支护、初期支护结构的有效性是控制软弱破碎围岩隧道在施工和运营阶段长期稳定的关键。并对超前预支护方案(超前管棚、超前小导管和R32N自进式中空注浆锚杆)、初期支护方案(挂网喷射混凝土+钢支撑+一次模筑衬砌等)、二次支护方案和支护结构的作用机理进行了分析。(2)运用FLAC3D数值模拟方法,分析了白鹤桥隧道在支护结构作用下不同开挖阶段、不同埋深情况下围岩的变形收敛规律,进一步评价支护结构对控制围岩变形的有效性。结果表明:隧道拱顶的竖向位移和水平位移在不同开挖阶段差异明显,上台阶和中台阶开挖阶段的位移占总位移量的80%～85%;最大竖向位移发生在隧道的拱顶处,周边最大水平位移发生在两侧拱腰处;隧道位移随埋深呈缓慢线性增大,但总的变形收敛均小于允许位移值。(3)通过对三个典型断面位移监控量测数据的分析可以看出,隧道位移急剧增长阶段一般持续10天左右,占总收敛值的80%左右,30天左右基本稳定,总的竖向位移和水平位移最大为26.84mm、32.30mm,且均小于允许位移值,说明隧道围岩是稳定的,更进一步表明隧道采用的支护结构和施工方法是科学合理的。通过对比分析可知,数值模拟预测结果与现场监测结果是比较接近的。