随着我国隧道建设和技术的快速发展,软弱围岩地质条件下的隧道工程将面临采用机械化大断面/全断面开挖施工,如何确保隧道掌子面的稳定是实现大断面/全断面开挖亟待解决的关键问题。本文通过文献调研、数值模拟以及现场监测对比分析,对软弱围岩大断面隧道掌子面稳定性及超前预加固工法适用性及其施工参数对围岩变形和受力的影响进行研究。主要内容及成果如下:(1)简述国内外隧道掌子面稳定性及超前预加固工法研究现状。(2)分析了不同埋深、不同围岩级别条件下隧道掌子面破坏特征发展规律及掌子面前方围岩应力变化规律。研究结果表明:围岩级别及隧道埋深均对掌子面的破坏特征有着重要影响。Ⅳ级围岩最终拱顶上方破坏深度为7.5m,掌子面前方破坏深度为8m,V级围岩最终拱顶上方破坏深度为14m,掌子面前方破坏深度为13m;隧道开挖后掌子面前方围岩竖向压应力明显增大,约为原岩应力的1.5～2.0倍,水平应力显著减小,掌子面处水平应力减小至零。(3)对不同开挖工法下软弱围岩变形、应力及初支受力等力学变化特征进行综合分析,结果表明:掌子面超前预加固工法通过玻纤锚杆加固掌子面前方待挖核心土,增强了超前核心土的强度和刚度,在控制围岩变形及受力等方面具有一定优势;同时与三台阶法相比,掌子面超前预加固工法施工空间大,可引入大型机械施工,能有效控制工程进度、工程质量和施工安全,具有较大综合优势。(4)在掌子面超前预加固工法的基础上进一步分析了马尾山隧道不同围岩级别条件下开挖进尺、掌子面锚杆加固参数对围岩变形和受力的影响,并根据不同开挖进尺下的围岩应力确定了 Ⅳ级和V级围岩隧道安全开挖进尺,根据不同掌子面锚杆加固参数下的围岩变形确定了 Ⅳ级和V级围岩隧道掌子面锚杆合理加固参数。(5)基于依托工程进行现场监控量测,通过分析现场监测数据,掌握了围岩变形及初支钢拱架的受力状态,并与数值模拟结果进行对比分析,验证了数值模拟的合理性。