渭源——武都高速公路木寨岭隧道场区褶皱、断层极为发育,隧道穿11条断层破碎带。断层破碎带内围岩软弱破碎,自稳能力差、高地应力等不良地质状况,隧道建设时极易引起冒顶、塌方、大变形等地质灾害。为了有效的控制断层破碎带处隧道的围岩变形,保障建设人员的安全,减少工程投资,加快进度确保按时完工,本文结合现场监测数据,运用数值模拟、对比分析的方法,开展了以下研究:(1)断层破碎带处大变形控制因素及演化机制研究,结论:(1)大变形受岩体性质、岩体结构、构造应力环境和地下水渗流的控制;(2)围岩大变形演化机制主要为软岩塑性流动、薄层状围岩挠曲、结构流变、扩容等。(2)依据木寨岭隧道的地质勘察及工程设计等资料,利用MIDAS/GTS软件分别对环形开挖留核心土法、三台阶法,中隔墙法,双侧壁导坑法等四种开挖方法进行了模拟计算。对比分析了不同开挖方法隧道贯通后目标掌子面拱顶沉降、边墙水平收敛随施工步的变化规律。结论:(1)端面变形程度大于目标掌子面;(2)拱顶沉降掌子面先行位移占总变形的比例环形开挖留核心土法35%左右,三台阶法26%左右,中隔墙法13%左右,双侧壁导坑法6.8%左右;边墙收敛掌子面先行位移占总变形的比例环形开挖留核心土法16%,三台阶法25%,中隔墙法19%,双侧壁导坑法12%。(3)对比分析不同开挖方法目标掌子面挤出位移的量值及分布。掌子面挤出位移量值对比:环形开挖留核心土法最大,双侧壁导坑法最小;掌子面最大量值出现位置:环形开挖留核心土法位于右下台阶左上角,三台阶法位于中台阶核心区域,中隔墙法位于左侧导坑下台阶上边缘,双侧壁导坑法位于中部上台阶核心区域;(4)开挖方法以三台阶法为主。(3)高地应力环境断层破碎带处隧道贯通后初期支护主应力以压应力为主,量值较大,为了提高初期支护的可靠性,应对初期支护时机、支护形式及参数进行优化设计。(4)四种开挖方法围岩等效塑性应变区径向扩展范围拱部及边墙处较隧道底部小,沿洞周呈环形分布,围岩等效塑性应变区沿径向分布均匀;隧道底部围岩等效塑性应变区径向扩展范围较拱部与边墙区域大,沿隧道中线处扩展范围最深,由隧道中线向隧道边墙扩展范围逐渐减小。(5)以环形开挖留核心土方法为基础,研究超前小导管注浆对变形的控制效果。建立不同长度、不同环向注浆范围、不同管径参数的单层超前小导管注浆模型,分析不同参数的单层超前小导管对拱顶沉降及掌子面挤出位移的控制效果。结论:当外插角度为10°时,长度5m,注浆范围150°,管径φ52mm的超前小导管控制效果较好,与无超前支护相比拱顶沉降降低20.06%,掌子面挤出位移降低51.64%。