随着我国经济的持续发展,国家对中西部基础设施建设的投入加大,交通基础设施建设也迎来了大发展时期。在隧道修建过程中,常会出现不良地质情况,如埋深较浅、围岩破碎、围岩强度较低、隧道开挖容易产生围岩整体失稳等,这些情况下开挖引起的围岩应力应变以及支护结构受力状况,还没有一个清晰的认识,这会对既有线路安全运营、隧道施工安全埋下了较大的安全隐患。为了对支护结构进行合理设计以及有效地控制围岩的变形,使其稳定,就必须清楚隧道开挖后围岩以及衬砌结构的受力、变形特征。本论文结合天平铁路关山隧道,对隧道施工过程中支护结构的力学特性进行了理论分析、现场实验以及数值模拟,研究破碎围岩隧道的支护结构力学特性,旨在为以后的破碎围岩隧道工程设计和施工提供理论指导。本文主要研究内容和成果有以下几个方面:(1)根据依托工程实际情况制定相应的现场试验方案,对依托工程实验监测断面的选择、设备测点布置以及监控量测方法等做了分析,然后进行数据的采集。(2)对现场监测的数据进行处理,绘制了测试断面支护结构各测点应力随着时间的变化曲线以及应力断面分布图,并对数据变化规律进行分析,得到了隧道支护结构的受力特征。现场监测表明:支护结构的受力满足破碎围岩隧道的施工要求,可以保证隧道的安全稳定。(3)应用FLAC3D软件建立隧道三维实体模型,参考实际施工情况,利用软件分析计算。对支护结构应力和围岩的应力进行分析,然后对围岩关键点的位移随着掌子面推进的变化规律进行了分析,最后分析了支护结构随着开挖步的应力变化规律。结果表明:现场开挖方法对围岩的变形有一定的影响,随着掌子面推进,支护结构的应力分布会逐渐趋于稳定,在拱肩和拱脚部位容易出现应力集中,在施工过程中,建议及时施做支护;现场施工采用的支护结构型式是合理的,它不仅可以满足围岩和支护结构变形以及受力的要求,并且从施工安全性和经济性等各方面都具有较大的优势。总之,本文以实际工程为研究对象,对于破碎围岩段隧道施工中支护结构的力学特性进行了理论分析、现场实验以及数值模拟,研究破碎围岩隧道的支护结构力学效应,这些成果能为以后类似工程提供设计和施工的指导。