目前,我国经济持续增长,人民收入显著增加,汽车保有量也越来越多,导致现有的高速公路运力无法满足交通量增长的需求,为了满足交通量增长的需要,对既有高速公路的改扩建已经是势在必行,而高速公路的改扩建势必涉及到公路隧道的改扩建。在既有双向四车道的公路隧道的基础上,通过新建四车道隧道与既有隧道原位扩建相结合形成小净距隧道是改扩建中的一种最重要也是最常见的型式。本文通过将理论研究、室内模型试验和有限元分析相结合的方式,依托福厦漳高速公路段某公路隧道原位扩建工程,通过研究确定了依托隧道的扩建方案、开挖方案以及施工过程中围岩的应力应变、初期支护的受力特征等,为其他的相关工程提供参考价值。本文主要对依托工程进行了以下研究:(1)通过总结普通分离式隧道和小净距隧道改扩建中不同的扩建型式的优缺点,确定了依托工程的最佳扩建型式为在既有两个隧道之间新增一个四车道隧道,再原位扩建右侧既有隧道。(2)通过隧道原位扩建室内模型试验,总结隧道原位扩建中地表沉降、围岩应力应变等特征,印证隧道单侧原位扩建的合理性。(3)对隧道Ⅴ级围岩段开挖方案进行有限元分析,通过分析可知,采用双侧壁导坑法可有效的控制围岩的沉降及变形,且支护结构受力要好,在Ⅴ级围岩段开挖过程中推荐采用双侧壁导坑法。(4)利用选定的开挖方案,对隧道Ⅴ级围岩洞身段开挖进行动态施工力学分析,由分析结果可知,在隧道开挖过程中,围岩的沉降、应力应变均在可控范围内;隧道拱脚及拱肩处可能发生剪切破坏,喷射混凝土局部发生受拉破坏及剪切破坏,但是范围不大,不会影响喷射混凝土的整体稳定性;大部分锚杆处于受拉状态,但受拉最大值远小于锚杆的设计抗拉值;二次衬砌仅受到很小的拉应力及剪应力,且范围不大,充分发挥了其安全储备的作用。(5)总结在隧道原位扩建时的施工工序以及拆除既有衬砌时的注意事项等,为相似工程提供参考依据。