在山岭隧道进出口段及城市轨道交通隧道中,多为浅埋软弱围岩隧道,其水文地质条件差,埋深浅,岩土体自稳能力差,抗扰动能力弱,甚至存在隧道下穿或紧邻其它既有建筑物、构筑物等现象,一旦工程措施(包括设计措施)和施工方法不当,将极易发生初期支护变形侵限,甚至隧道坍方等工程事故,这些问题亟待解决。本文以广西永贺高速公路大岭头隧道浅埋软弱围岩段工程实践为依托工程,综合应用理论计算、有限元数值模拟和现场实测等手段,进行了如下研究:(1)分析总结了有限元在隧道工程中的应用,应用解析公式法分析圆形隧道围岩应力状态,得到了弹性条件下及弹塑性条件下圆形隧道的应力解析解,分析了各个相应指标和塑性区半径大小的关系。(2)运用有限元数值模拟的方法研究分析了浅埋软弱围岩隧道力学特征及变形特征,重点对比分析了浅埋软弱V级围岩隧道施工过程中“掌子面前方超前变形”、“掌子面变形”、“掌子面后方变形”的比例关系,发现在超前变形中拱顶沉降最为显著,拱顶处的超前预加固及预支护有重要的意义。(3)运用有限元数值模拟分析的方法,选取三种典型浅埋软弱围岩隧道,分别采用CRD法、CD法、预留核心土台阶法及台阶法,以及有无超前支护措施,重点对比分析有、无超前预加固措施应力场和位移场的变化,验证了超前预加固措施是控制浅埋软弱围岩隧道结构及其围岩变形的有效措施之一,并通过有限指标的定量比较,得出三种浅埋软弱围岩,四种不同施工方法、一种超前预加固措施的适应性。(4)依托广西永贺高速公路大岭头隧道浅埋软弱围岩段的工程实践,运用有限元数值方法,模拟分析其采用超前小导管注浆预加固留核心土台阶法施工过程,总结分析其应力、应变、位移变化规律,得到其支护结构的安全系数均在安全范围内,验证了其安全性。(5)对广西永贺高速公路大岭头隧道进行现场实测研究,对其监控量测的数据进行处理和回归分析研究,并对比分析现场监控量测数据处理结果与数值模拟结果,结果表明数值模拟结果与现场监控量测结果较吻合。