隧道路面作为隧道土建结构的重要组成部分,直接影响着隧道结构的整体稳定。隧道路面不均匀变形、开裂、错台等病害将对行车安全造成严重威胁。隧道病害处治过程中,隧底开挖加固将对原有支护结构造成扰动,监控量测则可掌握扰动程度的大小。以“汾阳至邢台高速公路平遥～榆社段宝塔山隧道病害处治工程”为依托,首先通过地质调查、病害统计、路面高程量测、隧底开挖揭露,初步确定病害产生因素,采用块体离散元软件进行病害模拟、验证,确定病害产生原因。其次对隧底开挖加固过程中拱顶、边墙进行变形量测,得到衬砌变形规律,基于病害模拟模型,进行隧底开挖加固模拟,验证拱顶、边墙变形规律。最后,基于病害模拟模型,对隧底不同开挖、防护方法进行优化模拟,得到不同施工方法下原有支护结构的稳定性,同时参考现场施工条件,提出相应施工建议。全文主要研究成果如下:(1)宝塔山隧道病害由多方面因素导致,具体可分为断层破碎带、地应力、地下水入侵、隧底支护薄弱。(2)隧底开挖加固时,衬砌变形以路面开挖侧边墙变形为主,边墙沉降、收敛影响范围分别约为10m、6m;影响范围内,路面开挖侧边墙变形呈抛物线对称分布,峰值位于开挖区域中心断面位置;沉降影响范围内,各监测项目最大累计变形量与开挖单元长度呈线性增长关系。开挖单元长度达到5m时,开挖区域边墙位置局部发生屈服,且屈服区域随开挖单元长度的增大而增大。建议施工过程中开挖单元长度小于5m。(3)两单元开挖间距小于2倍影响范围时,影响范围相互交叉影响;开挖间距大于单倍影响范围小于两倍影响范围时,各监测项目最大累计变形量波动相对较小。施工过程中应保证开挖间距大于2倍沉降影响范围,在不能满足的情况下,可小于2倍沉降影响范围,大于单倍沉降影响范围。(4)对于隧底开挖防护结构,同断面锁脚锚管、梅花形锁脚锚管的受力状态基本相同,拱顶、边墙变形基本相同,为便于现场施工,可采取同断面锁脚锚管布置方式。半幅开挖加固时,行车道预留50cm防护可有效地控制基坑变形,有利于现场施工。(5)相对全幅开挖加固,半幅开挖加固对支护结构单次扰动较小,但会对原有衬砌结构造成二次扰动。从支护结构稳定性、施工难度及结构质量角度考虑,建议采用全幅开挖加固施工方案。(6)监测断面间距应根据开挖间距制定,且监测断面应布置在开挖区域中心断面位置;监测范围可不向未加固段落延伸;监测项目应增加边墙沉降监测,并以边墙变形作为施工指导依据。