隧道围岩与支护结构的相互作用关系是隧道工程建设的核心问题,直接影响到围岩压力的大小、支护类型、支护参数的选择,以及隧道支护时机及支护刚度的确定,开展相关研究对于隧道设计和隧道稳定性评价,具有十分重要的意义和应用价值。本文以石凹顶隧道为依托,通过理论分析、现场监测、数值模拟等研究方法,对隧道围岩与支护结构的相互作用关系展开了系统研究,得到以下主要研究成果:(1)针对现行规范在计算浅埋偏压小净距隧道围岩压力存在的不足,推导了考虑左右洞先后施工相互影响的浅埋偏压小净距隧道围岩压力理论计算公式。(2)建立了一种围绕围岩与支护结构稳定性的定量评价方法。依托石凹顶隧道工程实例,分别建立了不同支护时机、不同支护刚度下围岩与支护结构相互作用的曲线,通过确定图中平衡点坐标,计算隧道围岩与支护结构的安全系数。(3)依据石凹顶隧道典型断面围岩与支护结构的变形、围岩压力、钢拱架应力以及喷射混凝土应力的现场监测数据,得出了围岩与支护结构的安全系数,并结合现场围岩压力监测数据,验证了考虑施工影响的浅埋偏压小净距隧道围岩压力理论计算公式的合理性。(4)根据推导的浅埋偏压小净距隧道围岩压力理论计算公式分析了隧道地面坡度角、隧道净距以及埋深等因素对隧道围岩压力分布规律的影响。研究发现小净距隧道左右洞内侧侧压力系数与地面坡度角、隧道净距和埋深有关,而外侧侧压力系数只与地面坡度角相关。先行洞受多次开挖扰动影响,先行洞受力比后行洞影响大,偏压现象更严重。根据本文推导的理论计算公式进行计算,更符合实际,并可获得更加安全合理的支护结构设计参数,成果对类似工程的设计具有一定指导意义。(5)通过数值模拟研究了不同开挖方法下围岩的变形规律、围岩应力、塑性区分布情况以及支护结构的受力情况。采用CD法开挖时围岩的变形量、围岩应力、塑性区分布以及支护结构受力都要比采用预留核心土法施工时理想,推荐Ⅴ级围岩施工时采用CD法开挖。