高地应力深埋软岩隧道易出现大变形、钢拱架扭曲、混凝土破裂以及支护体系侵限等问题,由此造成支护更换和断面扩挖等作业,严重影响隧道施工的进度、质量和成本。本文以成兰铁路某隧道施工监控量测数据为基础,结合现场调查数据以及室内实验,研发隧道监控量测数据库系统,分析隧道围岩的变形特征;选择典型断面进行蠕变参数反分析;基于收敛-约束法,讨论合理的隧道支护时机。具体研究内容和成果如下:(1)完成了隧道监控量测数据库系统的研发:利用NoSQL数据库管理系统MongoDB建立隧道监控量测数据库,使用Python编程实现数据库查询图形界面。包括用户登录、断面数据查询、区间极值查询以及目标数据下载等功能,并为后续版本开发迭代预留相关接口。(2)应用MISE优化拱顶沉降极值的直方图统计带宽,统计结果表明:相同岩级不同施工工法的带宽差异较小;根据统计直方图,将Ⅳ级围岩、Ⅴ级围岩(台阶法)和Ⅴ级围岩(三台阶法)各分为1个区间、4个区间和5个区间;拱顶沉降发展的极值不具趋一性;部分断面的拱顶沉降变形与拱腰收敛变形达到稳定所需时间不一致,而部分断面几乎同时到达稳定状态。(3)使用Python内置科学计算工具包,利用最小二乘法对拱顶沉降时程数据进行拟合,不同公式拟合结果对各断面时程曲线的服从程度优劣不一。应用UnivariateSpline函数尝试对隧道变形时程曲线外推。相对公式拟合结果,该方法的拟合程度较理想;对于绝大部分典型断面,该方法进行外推的结果较稳定,具有一定参考价值。(4)通过GRNN广义回归神经网络反演岩体蠕变参数,将反演结果与实测数据对比,结果表明基于反演参数计算的围岩变形时程曲线与实测数据差异较小,证明反演参数满足当前计算需求。(5)计算了D5K222+235断面不同位置的围岩弹塑性特征曲线及对应应力释放率的塑性区分布图:在应力释放率约60%时,围岩开始由弹性状态进入塑性状态;围岩进入塑性状态后,随着围岩应力释放,塑性区逐渐扩大,当应力释放率达到约73%时开始出现破坏区域。(6)分析了支护结构在隧道断面不同位置的稳定性:隧道初期支护结构的约束力主要由喷射混凝土承担,初支结构的刚度大、极限强度低,无法与地层应力达到平衡状态;当二衬设置后,支护结构的承载力大于地层应力,能够使隧道支护体系达到平衡,且断面各点的稳定性系数均大于1.6。(7)基于收敛-约束曲线、围岩塑性区发育状况以及支护结构刚度,确定支护时机:对于D5K222+235在围岩应力释放约73%(即毛洞围岩拱顶竖向沉降达到约121.86mm)之前,支护系统须达到平衡状态。根据收敛约束曲线,初支设施时机应在隧道毛洞位移A点76.10mm、B点65.02mm、C点72.95mm、D点39.51mm、E点64.10mm之前,从而确保围岩不破坏。