本文以玉磨铁路曼么二号隧道工程为研究背景,结合现场实际情况,在前人研究隧道大变形的基础上,进行分析,提出特定地质条件下变形的原因,并结合现场实测数据和模拟值对比,进行大变形控制方案研究。主要分析了开挖方法和超前小导管注浆对变形控制的效果。论文主要研究以下内容:(1)通过现场的监测和掌子面前方围岩性质,分析了发生大变形的地质条件。并结合曼么二号隧道大变形段具体施工情况分析了发生大变形的原因可能是软岩具有流变性和隧道开挖后围岩应力重新达到平衡,围岩达到破坏状态,导致隧道初期支护开裂。(2)通过数值模拟,计算了两台阶与三台阶两种不同开挖方法下隧道的位移、喷混应力、钢架应力、掌子面挤出变形和围岩等效塑性区,对比分析了两种开挖方法的优缺点。得出喷射混凝土应力随着掌子面的推进和时间的推移,整体上呈增大趋势,拱顶处喷混受拉应力,左右拱腰基本受压应力,左右最大跨处,两台阶法受压,三台阶法受拉,左右边墙处均受拉。拱顶钢拱架主要以受拉为主,拱顶钢拱架的拉应力随着掌子面的推进一直增大,而且两台阶法的拉应力一直大于三台阶法的拉应力,两条曲线变化趋势基本相同。两台阶法钢拱架应力始终大于三台阶法钢拱架的应力。(3)横断面围岩等效塑性应变区范围,右拱腰到最大跨一直在增大,从最大跨到墙脚处开始减小。在两种不同的开挖方法下,两台阶围岩的等效塑性应变区范围小于三台阶围岩的等效塑性区范围。纵向围岩等效塑性区应变范围随着掌子面的推进而增大。(4)通过计算台阶高度对隧道位移的影响,得到了:当上台阶高度在3.24~4.32m时,隧道水平最大位移曲线斜率大于竖向最大位移曲线斜率,当上台阶高度在4.32~5.4m时,两条位移曲线斜率平缓,当上台阶高度在5.4~6.48m时,水平最大位移曲线斜率大于竖向位移曲线斜率,表明了上台阶开挖高度对隧道水平变形有较大的影响。综合各测点的位移值来分析,台阶高度最优值为5.4m。通过计算隧道不同开挖进尺与变形关系,可得到:此隧道开挖进尺控制在0.5m到1m时,能够较好的控制隧道变形。(5)以两台阶开挖法为基础,分析了超前小导管注浆对隧道大变形控制的效果,得到了:拱顶下沉值随小导管的长度增大而减小,当小导管长度小于4~6m时,拱顶沉降曲线斜率较大;当小导管长度大于4.5m时,拱顶沉降曲线变化值很小,说明了小导管长度在4~5m时,对于此工程是比较合适的。当小导管的长度从3m增大到4m时,左拱腰位移值减小了0.9mm,右拱腰位移值减少了将近1.4mm。综合分析得出,超前小导管最优长度为4~5m。小导管的长度从3m增加到4m时,衬砌最大主应力减少了0.26%;小导管长度从4m增加到4.5m时,衬砌最大主应力减少了0.13%;小导管的长度从4.5m增加到5m时,衬砌最大主应力减少了15%。从不同角度环向注浆可以得出,当注浆范围为90°~120°度时,竖向位移曲线斜率比较大,说明超前注浆小导管的效果比较明显,水平位移曲线斜率变化也比较大。当注浆范围为120°~150°度时,竖向位移曲线斜率大。当注浆范围为150°~180°度时,竖向位移曲线变化速率比较小。(6)由于隧道大变形的复杂性,结合国内外研究现状,根据曼么二号隧道大变形段的现场实际情况,设计分级标准为,轻微~中等,严重,及严重。施工阶段根据变形量与变形速率分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ等级。