近年来,随着我国经济的高速发展,人们对地下空间开发与利用的需求越来越高。而我国西南地区地质条件复杂,在深埋高地应力条件下,软岩隧道工程建设工不得不面临围岩大变形灾害的威胁。软岩隧道大变形灾害具有危害程度大、治理费用高、施工风险大的特点,造成支护体系中衬砌开裂、钢拱架扭曲等各种灾害问题。同时传统的强支护体系在软岩隧道大变形处置中受到了极大的挑战,很难取得理想的支护效果。基于此,从软岩隧道围岩形变能合理释放这一思想出发,基于“刚柔并济”的支护理念设计新型支护结构具有重要意义。本文从软岩隧道“刚柔并济”的支护理念出发,在研究了波纹钢管(桥)涵与填土相互作用机理的基础上,提出将柔性的波纹钢板作为软岩隧道的初期支护结构,对其适宜性进行了研究。针对所依托实际工程的地质条件和特性,在参考前人的研究基础上,选用400mm×150mm、厚度为8mm的波纹钢板构成支护结构,并通过理论计算、数值模拟的方法对其受力变形规律和强度特性进行研究。最后,以所依托的实际工程为依据,对其实际应用的适宜性进行了研究。通过研究,取得的成果如下:(1)以波纹钢管(桥)涵结构与上覆土体相互作用机理为基础,结合软岩隧道让压支护理念提出适用于软岩隧道的波纹钢初期支护结构,尝试将波纹钢板这一新型结构引入隧道支护系统中取代传统钢拱架,与锚杆、喷砼等一起构成具有一定让压功能的新型支护体系。该结构具有强度高、变形性能好,施工速度快以及连续封闭的特点,旨在利用波纹钢板自身的受力和变形特征通过与围岩的相互作用达到相互平衡的状态,从而达到“及时支护、让压支护”的目的。同时,鉴于波纹钢初期支护结构的特殊性,提出了相应的施工流程和要点。(2)从理论分析的角度入手,参考已有的波纹钢管(桥)涵内力计算和强度验算的方法,本着“便捷、实用”的原则整理出了波纹钢初期支护结构内力计算和强度验算方法,推导出具体的计算公式。该方法可以服务于波纹钢初期支护结构初步设计以及波纹钢板初步选型。(3)对波纹钢初期支护结构的受力规律和影响因素进行了分析。考虑到围岩对波纹钢初期支护结构力学性能的影响,采用ANSYS软件建立了结构—围岩相互作用的三维实体模型,同时采用MPC接触算法模拟围岩与波纹钢初期支护结构之间的接触关系。利用该模型研究了波纹钢初期支护结构的环向应力、轴向应力和米塞斯等效应力的分布特性以及变形特征。结果表明,在外荷载作用下,结构在环向和轴向同时分布着应力;波峰、波中和波谷三者的环向应力分布特征相似,均表现为拱脚的环向应力值最高,拱底的环向应力值最小,但是三者应力值存在一定的差异,其差值的大小与结构的受弯变形状态有关;而在不同的环向位置,波峰、波中和波谷三者的轴向应力分布表现出较大的差异;整体而言,结构拱脚的波谷位置表现出较高的应力集中现象,为结构的薄弱部位。(4)基于上述数值计算模型,并结合隧道支护结构受力特点,对波纹钢初期支护结构受力变形特征的主要影响因素进行了分析。分别研究了竖向荷载、水平侧压力系数以及围岩材料参数三个因素对波纹钢初期支护结构受力和变形规律的影响。结果表明,竖向荷载与结构波峰和波谷的内力和变形均呈线性关系;水平荷载主要影响结构的环向应力分布,一定的水平荷载有助于改善结构的受力性能;而结构的内力和变形随着围岩弹性模量的增大而减小,相对而言对应力的影响更为明显。在此基础上与典型管涵结构进行对比分析,得出了两种结构力学响应差异的原因。(5)结合所依托的实际工程,以实际工况为条件,对波纹钢初期支护结构与锚杆等组成的联合支护系统进行分析,并对其适宜性进行研究。依据前人研究所得到的材料参数和地应力场,以地应力水平和围岩级别为标准选取具有代表性四个断面,采用FLAC3D软件建立了三维地质模型进行数值计算,通过模拟两台阶施工法,得出隧道开挖、支护全过程波纹钢初期支护结构内力和变形规律;进而从应力和变形两个方面对所设计的波纹钢初期支护结构进行验算;结果表明,本文所论述的波纹钢初期支护结构在使用上具有一定的局限性,当地应力水平较高时,结构的拱脚波谷位置因应力过大而进入屈服状态。同时对比四个断面下结构自身的受力特征可得,地应力和围岩级别对结构的受力性能有很大的影响,在实际使用时可参考本文的计算结果并依据实际工程条件进行进一步研判。最后,以隧道出口端的断面为例,对施工过程中围岩和波纹钢初期支护结构的相互作用以及结构自身的受力特性进行了分析。