论文以安六城际铁路大用隧道为研究背景,采用有限元模拟和现场监测结合的方式,对隧道穿越充填黏土型溶洞施工过程中的力学特性和变形规律进行研究,从支护结构和围岩的位移、应力状态、塑性区变化的角度,对常用的岩溶隧道处治方案进行施工力学特性对比分析,形成适用于隧道穿越充填黏土型溶洞的安全施工技术。主要研究工作和取得的研究成果如下:(1)针对隧道穿越充填黏土型溶洞施工时掌子面的稳定问题,采用数值模拟分析方法研究了管棚超前加固和小导管超前加固施工时,加固结构单元应力、隧道掌子面挤出变形、支护结构受力和变形特性,基于数值模拟分析确定了管棚支护的超前加固方案。(2)针对隧道穿越充填黏土型溶洞的初期支护开裂、大变形问题,构建了精细化数值分析模型,详细研究了“锚索+φ76mm锁脚锚管”、“旋喷桩”、“旋喷桩+水平锚索”三种初期支护加固方案引起的围岩-支护结构体系应力、位移变化。结果表明:“旋喷桩+水平锚索”方案引起的最小主应力数值最小,支护结构发生受拉破坏的范围最小,并且对控制溶洞变形失稳的效果更好,引起的充填溶洞体剪应变最小。整体比较考虑,建议现场采用“旋喷桩+水平锚索”初期支护加固方案进行施工,通过现场监测分析验证了推荐方案的经济、合理和可行性。(3)针对隧道穿越充填黏土型溶洞工后运营安全的问题,釆用激振力函数计算得到列车振动荷载来近似模拟高速列车的振动。通过时程分析(非线性积分法)对比研究“袖阀管”、“袖阀管+旋喷桩”、“桩筏结构”三种隧底加固方案引起的衬砌底板位移、振速、附加应力和串珠状溶洞位移变化。结果表明:“袖阀管+旋喷桩”和“桩筏结构”隧底加固方案引起的附加拉、压应力较小,衬砌结构安全储备大,发生受拉、受压破坏的情况较小,基底位移和振速满足规范要求。根据现场施工环境确定在隧底有串珠状溶洞段采用“袖阀管+旋喷桩”隧底加固,隧底无串珠状溶洞段采用“桩筏结构”隧底加固。对上部空腔溶洞采取轻型骨料回填并做好排水处理,对于下部串珠状溶洞的处理,应加强1号溶洞的处置,来保证溶洞的稳定性,2、3、4号空腔溶洞可不予处置或进行注浆充填。