随着“一带一路”战略的稳步推进,云南作为我国重要的对外口岸,其铁路隧道工程建设量剧增。云南省地形地质条件复杂,隧道修建过程中常出现软岩大变形的工程难题,严重影响隧道建设的正常推进。本文依托大(理)临(沧)铁路杏子山隧道炭质板岩大变形段,综合采用现场监测、室内外试验及数值模拟等研究手段,分析炭质板岩大变形产生机制并提出以超前核心土加固为核心的大变形控制技术,研究成果可为云南区域类似软岩大变形隧道的处治提供有益指导。论文主要工作及成果如下:(1)结合炭质板岩段支护破坏情况及现场监控量测数据,分析得到杏子山隧道炭质板岩段大变形特征。在此基础上,采用XRD及二次地应力测试手段对岩石成分及隧道二次地应力进行测试,测试结果表明杏子山隧道炭质板岩主要由白云母和斜绿泥石这种片状极解理的硅酸盐矿物及碎屑矿物石英组成,其节理裂隙发育,应力释放引起的岩体扩容现象明显。杏子山隧道开挖后围岩竖向二次地应力在2MPa~6MPa区间范围内,隧道大变形与隧址区地应力值关系较小。(2)根据对杏子山隧道大变形特征、岩体性质及地应力大小的分析结论,提出杏子山隧道炭质板岩地层以围岩渐进性破坏模式为主的软岩隧道大变形产生机理。(3)采用数值模拟方法对炭质板岩隧道开挖支护参数进行优化分析,分析结果可为大变形控制要点及大变形控制措施具体参数的选取提供依据。(4)采用钢架构件试验对纵向连接筋设置参数进行优化分析,揭示不同设置参数下钢架的破坏模式并提出设置建议;试验结果表明纵向连接筋设置间距较大时,构件发生屈曲失稳破坏,纵向连接筋设置间距较小时,工字钢达到屈服强度而破坏,两种破坏模式下,钢架极限承载力相差较大;钢拱架稳定性对纵向连接筋设置间距敏感,钢拱架纵向连接筋设置应该以减小纵向连接筋设置间距为核心;当纵向连接筋设置间距达到一定范围时,继续减小纵向连接筋设置间距及增大纵向连接筋设置刚度对钢拱架稳定性提升效果不明显;相同用钢量情况下,应优先选择绕弱轴惯性矩大及双对称截面的型钢作为纵向连接筋。(5)结合数值模拟及构件试验优化分析结果,有针对性的提出以超前核心土加固为核心,充分结合新意法与新奥法优势的软岩隧道施工控制技术,并用现场试验数据验证其大变形控制效果。其技术要点包括加强对超前核心土的预加固及预支护、增加初期支护刚度及强度、限制预留变形量允许使用范围等。(6)将大变形控制措施施作前后现场监控量测结果进行对比,对玻纤锚杆内力进行测试,分析大变形控制措施的施作效果。对比结果表明大变形控制措施能够有效控制围岩变形,同时支护结构受力更加均匀合理。锚杆内力测试结果显示掌子面开挖1.2m后2.5m处测点玻璃纤维锚杆内力值占锚杆极限拉力值的31.7%~78.2%,玻璃纤维锚杆材料特性得到充分发挥。