本文以成武高速武都西深埋千枚化碳质软岩段隧道为工程依托,在收集地质资料和对现场施工工法调查的基础上,通过对围岩收敛的监控量测和支护结构应力应变的监测,结合前人研究经验,对武都西深埋软岩隧道的围岩应力场和位移场进行总结分析,通过室内试验和理论分析探讨了武都西隧道大变形的机制及影响因素,并用数值模拟对比分析了设计变更前后两种支护方案的支护效果。具体主要研究内容如下:(1)分析了武都西深埋千枚化碳质软岩隧道的变形特征以及支护结构的受力特征。根据武都西隧道现场变形和监测结果重点对比分析了:隧道周边收敛量、周边收敛速率、拱顶沉降量、拱顶沉降速率、围岩与第一层初支间的压力分布规律及每个测点处的压力变化规律、第一层初支与第二层初支间的压力分布规律及每个测点处的压力变化规律、二衬支护结构上压力分布规律、对比分析三层支护结构上受力特性、对比分析大变形段与非大变形段隧道拱顶沉降与周边收敛曲线的区别、隧道收敛量与隧道施工时间的相关性、大变形段支护结构闭合一段时间后的累计变形量等问题,着重分析了武都西隧道监测数据规律与现有规范的适用程度、隧道周围支护结构压力分布特征与传统研究隧道之间的区别及不同支护结构所发挥的作用。(2)结合室内外试验及地质勘查资料,分析武都西隧道产生大变形破坏原因。首先按照材料力学理论,对武都西隧道进行了弹性分析、弹塑性分析、黏弹塑性分析,分析结果显示武都西隧道在给定条件下会发生一定的收敛变形,但并不会出现隧道大变形以及塌方等事故,而在实际中却出现了隧道塌方等事故,因此笔者利用岩体结构力学分析方法,结合室内电镜试验和现场实地调查,将隧道周边岩体假定为与隧道断面夹角为60°层状岩体,在计算中将这种层状岩体简化为梁,按照梁的理论来进行分析,发现在原岩应力条件下开挖隧道时梁的溃曲变形和滑移变形是非常容易发生,即按照层状岩体理论进行隧道受力分析更符合现实中的情况,从而找出武都西隧道发生塌方等大变形现象的控制性因素。(3)武都西隧道变更设计前后两种支护方案支护效果的评价。采用数值模拟方法讨论了采用变更设计前的支护方案一时,隧道支护结构受力变形特征及隧道围岩变形特征;采用变更后的支护方案二时,支护结构的收敛变形特征与围岩变形特征。重点研究了变更后的支护方案二对于抑制层状围岩顺层滑移的效果,及变更后的支护方案二支护结构受力变形特征相对于支护方案一优缺点,从而明确那种方案更适合应用在武都西隧道大变形中。