随着我国高等级公路建设的迅速发展,公路隧道也日益增多。隧道开挖后,洞周围岩发生应力重分布,对于不同地质和受力条件下的隧道,围岩表现出不同的稳定性。根据围岩既是荷载的来源同时又是承载体的认识,所以分析围岩稳定性的意义十分重要。单层衬砌是一个力学概念的反映,即不设隔离层衬砌的总称,其力学动态是一体的。国外单层衬砌结构的运用已有30多年的历史了,其中挪威是使用单层衬砌较早的国家。自单层衬砌兴起以来,得到了越来越多国家的认可,其应用范围扩大到了世界上许多国家。在国内,单层衬砌支护形式在隧道中的应用还很有限,其中在部分铁路隧道中有所应用,但是在公路隧道中的应用还寥寥无几,因此在公路隧道中的研究势在必行。本文以重庆市S103线渝巴路南岸区茶园至涪陵区李渡段二级公路改建工程关长山隧道为依托,分别基于应力集中系数方法和松动圈理论分析了洞室开挖后的围岩稳定性,最后利用接触原理研究了单层衬砌支护采用分层喷射工法施工条件下两层混凝土之间的受力性能。第3章分析了应力集中系数的影响因素,探讨了该系数随侧压力系数和洞室埋深的变化规律,并给出了断面优化的建议。第4章分析了洞室开挖后围岩松动圈的影响因素,并研究了其变化规律。第5章研究了隧道两层喷射混凝土先后施作条件下,二者之间的受力性能。最后通过现场测试结果分析了关长山隧道试验段的单层衬砌力学性能。研究得出了如下结论:1)、其他条件不变时,洞室围岩的应力集中系数随侧压力系数增大而增大;2)、当围岩较好时,埋深对隧道开挖后围岩的应力集中影响较小,当围岩变得较差时,埋深对隧道开挖后围岩的应力集中影响较大。3)、随着隧道跨度的增加,洞室开挖后其应力集中现象更加凸显。4)、当其他条件不变时,随着埋深的增加,松动圈的范围逐渐增大,松动圈厚度逐渐增加。5)、单层衬砌的两层喷混凝土之间可以充分传递剪力,单层衬砌的受力为组合梁模式。