随着西部交通补短板的深入推进,隧道偏压问题也越来越普遍的出现在工程中,威胁工程安全,影响隧道建设与运营。偏压隧道的成因主要分为地形因素、地质因素和施工因素等三类。但目前现有研究多在单一因素进行研究,缺乏系统性。本文以宜宾至毕节高速公路以头隧道为工程背景,对隧道拱顶沉降和水平收敛数据进行总结分析;采用3DEC离散元软件,系统研究了地质与地形因素同时作用下顺倾和反倾岩层中岩层厚度和岩层倾角对隧道变形的影响规律;基于岩体及结构面性质、岩层层厚、岩层倾角、边坡坡角和隧道埋深等影响因素,设计正交试验并利用极差分析法对隧道不同位置位移变化的影响因素进行分析得出影响围岩变形的控制指标,提出了评价层状岩体隧道偏压的理论体系。针对顺倾岩层、反倾岩层地形因素控制和地质因素控制偏压变形等3种工况进行了最优开挖顺序研究,最后研究了锚杆长度和角度变化对层状岩体隧道变形控制的影响规律。基于以上研究成果,总结提出了层状岩体偏压隧道技术控制体系和施工优化综合方案。通过研究主要得出了以下成果和结论:(1)基于以头隧道监控量测数据,监测点拱顶沉降超过120mm,拱顶3个测点位移变化有差异,确定了以头隧道变形呈地质和地形因素共同作用的偏压特征。(2)采用3DEC软件建立了以头隧道离散元模型,通过试算确定以头隧道粉砂岩模型的合理开挖深度为32m,并与实际监控量测数据进行对比,验证了模型的准确性。(3)系统的研究揭示了地形偏压存在时,层状岩体隧道岩层厚度和岩层倾角改变时隧道变形规律。当岩层层厚小于一定值时,本文约为5m,随着岩层厚度不断减小,洞室变形不断增加;但当厚度过小时,本文约为1m,变形有所减小。反倾岩层存在地形偏压与地质偏压交叉控制围岩变形情况,顺倾岩层地质偏压与地形偏压共同作用,围岩变形增加。(4)通过正交实验采用极差分析法研究了顺倾层状岩体隧道偏压变形控制指标。深埋侧隧道洞室变形主要影响因素为岩体及结构面性质;浅埋侧隧道洞室两壁变形的主要影响因素为岩层层厚,洞室顶部变形主要影响因素为边坡坡角。隧道左、右洞仰拱变形均受岩体及结构面性质控制。(5)针对层状岩体偏压隧道,提出了优化隧道施工顺序+锚杆长度+锚杆角度的综合施工控制方法。研究得出了不同工况时最优隧道施工顺序,锚杆的长度和锚杆角度布置形式变化对围岩变形的影响规律,为抗偏压提供了理论依据和较完备的施工控制优化方案。