在挤压性围岩中修建隧道时,由于围岩强度应力比小、变形的时空效应显著,隧道的初期变形速率快、累计变形量大、而且难以控制,时有支护开裂、破坏的情况发生。如何控制挤压变形,保证隧道安全施工是隧道工程的重要研究课题。近年来,随着机械化施工水平的提高,挤压变形等困难围岩条件下的隧道施工中,积极采用大断面开挖和支护早期闭合工法,并配以二次支护(多重支护)等手段,达到控制变形、避免支护破坏的工程案例逐渐增多。但是对于早期闭合工法在挤压性围岩隧道中应用的力学机理、适用性等方面,有待深入研究。本文以成兰铁路跃龙门隧道为工程依托,利用三维数值模拟技术,结合现场监测对不同闭合距离工况下的隧道变形、围岩塑性区以及支护受力等进行对比分析,研究采取早期闭合工法的主要影响因素。同时针对不同围岩力学特性,分析比较了早期闭合工法的适用性。进一步以跃龙门隧道左线正洞施工为研究对象,通过数值模拟计算和现场监测数据的比较,分析了二次支护在一次支护屈服的条件下所起到的补强作用,探讨了早期闭合工法在挤压变形隧道施工中的应用效果。主要成果如下:(1)早期闭合工法的主要影响因素是闭合距离。通过三维数值模拟,得到不同闭合距离的对隧道变形、围岩塑性区和以及支护受力的影响。闭合距离在小于1倍洞径时,隧道变形的控制效果显著,且闭合距离越短控制效果越好。当闭合距离超过1倍或1.5倍洞径,隧道变形的控制效果会明显减弱。早期闭合工法围岩塑性区的控制效果明显:闭合距离越短,塑性区范围越小。另外,闭合距离对支护的受力也有很大影响:闭合距离在小于1倍洞径时,支护受力很大,可能发生屈服破坏。(2)早期闭合工法的适用性和围岩的力学特性有很大关系。对于强度应力比相同的围岩,通过三维数值模拟分析得到:粘结强度(粘聚力)占优势的围岩比摩擦强度(内摩擦角)占优势的围岩,受早期闭合的影响更明显。早期闭合工法对控制粘结强度占优势的挤压性围岩变形更有效。(3)结合跃龙门隧道一次支护发生破坏的大变形区段的实际施工情况,研究早期闭合工法中采用二次支护(多重支护)的有效性,分析得到:二次支护对一次支护的附加径向应力,能够有效地提高一次支护的强度。同时,施作二次支护之后,隧道的变形速率大幅降低,变形值很快收敛。二次支护和一次支护共同形成先柔后刚的多重支护体系,是控制严重挤压变形的有效手段。