我国隧道分布范围比较广,隧道经过的地形及地质情况比较复杂多变。隧道在施工过程中,由于各种因素的影响,若围岩的自承能力较差,很容易出现开挖面围岩失稳。当支护不及时,或支护的设计强度不够时,也会出现隧道坍塌,从而造成施工事故的发生。这样不仅使施工不能正常进行,从而延误工期,影响工程质量,同时施工人员的生命安全也得不到有利的保障。为了提高隧道在施工过程中,围岩的稳定性,我们需要采用特殊的加固方法,对工作面及其前方围岩进行预支护,从而提高其稳定性。管棚预支护是在隧道开挖之前便对围岩进行预加固,其作用机理就是在开挖面前方的地层里,沿隧道横断面设置一个拱壳状的结构,形成一个预支护体系,从而稳定地层,使得开挖面及其前方围岩得到加固,保证隧道施工在一个相对稳定的环境中进行。本文通过理论分析、数值模拟对管棚做了进一步的研究,主要研究内容和成果如下:1、针对隧道预支护技术,就目前常用的几种类型进行了系统的总结,并着重对管棚预支护技术进行了详细的阐述。2、针对围岩的破坏特性,分别对脆性破坏和塑性破坏的几种情况进行归纳总结;同时对隧道掌子面稳定性的影响因素进行分析;另外对隧道稳定性分析中的极限平衡法进行了阐述。3、对几种常用的围岩压力理论进行了系统的总结;根据管棚支护的特点,就隧道埋深的不同,提出了深、浅埋隧道管棚的受力荷载的计算公式,并指出了管棚的作用范围及分布形式;建立了管棚的力学模型,得到了管棚的挠度、转角、弯矩方程。4、通过建立三维有限元模型,对计算结果进行分析,得到了管棚的内力分布情况、隧道周边围岩的变形情况及管棚的挠度曲线。5、对管棚的管径、间距、长度三种影响因素进行分析,并通过对同一参数不同情况下的有限元模型进行计算,对比分析了管棚的内力、隧道周边围岩竖向位移及隧道净空收敛,得到各参数的影响程度。从经济性和实效性对管棚的参数进行优化。