随着交通建设的快速发展，受地质及地形条件、总体路线线型等因素的约束，大断面小净距隧道日益增多，扩挖隧道项目也应运而生。目前关于大断面小净距隧道2扩4的研究成果非常少，主要集中在施工力学方面，对隧道支护优化和可靠度分析方面未见相关研究成果。面对复杂的工程地质和结构受力条件，为了确保隧道安全，设计人员往往人为地增大支护参数，使隧道设计的安全系数偏大，导致严重的经济浪费，难以实现安全又经济的优化设计。与此同时，采用优化设计将一定程度上降低隧道的稳定性。因此，研究特大断面小净距大帽山隧道2扩4支护优化及可靠性分析课题具有重要意义。本文以沈海高速泉厦高速扩建工程2扩4大帽山四车道隧道为工程背景，基于优化反分析、可靠度等理论，从现场监测、数值模拟两方面入手，采用试验设计、有限元法、智能分析方法等手段对特大断面超小净距隧道2扩4时围岩变形规律、围岩参数反演、初期支护优化及支护可靠度进行深入的研究。主要研究内容及成果如下：（1）分析现场监控量测数据，研究特大断面超小净距隧道2扩4时的围岩变形规律，并为评判数值模拟的准确性提供依据。（2）建立基于遗传支持向量机的隧道围岩参数反演方法，辨识围岩参数，为数值模拟参数的选取提供依据。（3）建立基于遗传支持向量机构造响应面模型结合遗传算法的隧道初期支护优化方法，以安全为约束，经济为目标研究大帽山隧道最优支护参数。优化方案的初期支护造价上比原方案降低了约32.5%，优化效果明显。（4）建立隧道2扩4开挖三维有限元模型，分析隧道支护优化前后围岩、支护等的力学响应特性。研究表明：隧道支护优化前后围岩力学响应规律，初衬和锚杆的应力分布规律及对既有隧道的影响相同；隧道支护优化后，洞内各个关键点竖直方向变形及部分关键点的von miss应力增大（特别是在拱脚处），各个步序的围岩应力影响半径，初衬最大von miss应力及锚杆最大轴力均增大，部分步序围岩最大发挥强度增加，对应的各增量均在5%以内。（5）建立基于遗传支持向量机与验算点法相结合的隧道支护可靠度计算方法，进而分析大帽山隧道支护优化后的可靠度。以位移为判据时，计算得到隧道支护优化后的可靠指标为5.62。计算结果表明该隧道初期支护优化后是安全可靠的。