随着我国经济的飞速发展,我国的高速铁路、高速公路及城市地铁等基础设施建设也进入了一个高速发展的时期。在进行这些基础工程的建设时经常会遇到在浅覆软弱围岩中开挖隧道的情况。由于软弱围岩不仅强度低,而且易受隧道开挖的扰动影响,所以在进行隧道正式开挖前需要对隧道周围岩土体进行超前预支护。管棚作为一种可靠的预支护法,在工程有广泛的应用。与此形成鲜明对比的是管棚理论研究却严重滞后,造成了在对管棚进行设计时其参数的选取仍需通过工程类比法来获得的奇怪现象。针对这种情况,本文以桦皮岭隧道工程为依托,展开了对浅覆软弱围岩超前管棚预支护作用机理的研究,主要的研究工作如下:(1)对在工程实际应用较多的超前预支护法进行总结并分析各自的优缺点,并重点对管棚超前预支护法的作用机理、应用场所、力学模型的发展及分类进行总结分析。(2)针对目前管棚力学模型中存在的缺陷,考虑初期支护延滞性、围岩应力释放差异性、地层反力系数不均匀性和仰坡坡度等因素,将管棚划分为初期支护封闭段、初期支护未封闭段、未支护段、掌子面前方塑性扰动段、弹性扰动段和未扰动段,建立了基于弹性地基梁理论并考虑施工过程的管棚变形力学模型(Winkler、Pasternak),推导出管棚变形的理论值。利用ANSYS软件中的Beam54梁单元对管棚中单根钢管挠度进行数值模拟,通过数值解与理论解的对比验证了力学模型的合理性。基于改进后的Winkler力学模型对管棚的直径、间距、长度、以及模型中各梁段长度等参数的选取进行优化分析;基于改进后的Pasternak力学模型在不同围岩及不同上覆围岩坡率的情况下对管棚进行参数分析。对浅覆软弱围岩管棚预支护理论进行研究,为以后管棚参数设计提供参考。(3)对管棚挠度变形的监测方法进行了优化设计,利用水平测斜仪进行管棚挠度变形的现场监测,并对现场收集到的数据与求得的理论解及数值解进行对比分析,进一步验证了改进后力学模型的合理性。