隧道设计与施工中遇到软弱围岩问题越来越普遍,由于软弱围岩自稳能力差,容易出现变形过大和变形时间长等问题,对隧道施工安全和围岩长期稳定有重要影响。目前,对软弱围岩隧道变形预测研究依然不够清晰,初期支护设计过于依赖工程经验,存在安全性不足或过于保守的极端现象。因此本文以“平田隧道软弱围岩大变形及衬砌开裂防治技术研究”课题项目为依托,采用理论分析、数值模拟、现场监测以及现场试验等方法,系统研究软弱围岩变形预测与初期支护承载能力及其工程应用等问题。主要工作和成果如下:(1)基于BQ分级法,提出以地质雷达和掌子面编录预测法为动态修正手段,对软弱围岩等级进行动态分级修正的方案,并应用于平田隧道施工中,指导隧道设计与施工。(2)根据小孔扩张理论,建立隧道开挖卸荷与支护的变形计算模型,分析在不同支护阻力下围岩的变形发展状况,考虑岩体剪胀特性下体积变化的影响,采用线性非关联流动法则描述岩体剪胀特性,推导了两种不同强度准则下围岩应力和位移解析式,对围岩变形进行预测分析。(3)通过分析软弱围岩隧道的“锚喷+钢拱架”联合支护作用机理,利用锚杆、喷层、钢拱架与围岩相互作用形成的联合支护复合拱计算模型,确定各支护构件分担围岩荷载的比例,分析了在围岩变形下复合拱承载能力与各支护参数的影响关系。(4)结合隧道变形预测计算模型和初期支护承载力计算模型,以隧道允许相对位移为变形控制目标,建立初期支护参数设计与优化模型,指导与优化软弱围岩隧道“锚喷+钢拱架”支护参数设计;并将上述理论应用与工程实践,结合数值模拟进行对比分析与验证。