我国是一个多山的国家,公路隧道的修建成为了山区城市建设和发展的关键所在。在隧道掘进过程中为保障工程的顺利和施工人员的安全,如何减少围岩松弛,及时有效地控制围岩松弛的发展、采用何种支护结构和手段来有效地控制围岩自承能力的降低,成为隧道在掘进过程中结构稳定性的关键问题,所以开展隧道结构稳定性和初支优化的相关研究对以后隧道施工具有重要意义。本文以广东省揭惠高速公路小北山1号隧道为研究背景,基于支护与围岩间的动态作用关系,对围岩稳定的影响因素与隧道的支护稳定性进行系统研究;通过现场实测数据并结合围岩及支护的相互作用关系,从隧道支护体系四个方面的受力与变形特点的分析并进行优化指导;同时结合BP神经网络,以变形监控量测数据为基础进行反演分析,并借助数值模拟软件对反演结果进行对比分析,计算数值模拟位移量与实测位移量的误差,对BP神经网络的误差来源进行分析,利用位移监测的最终预测值结合反演分析对支护系统优化。研究表明:围岩与支护的力学特性受多重因素影响,在初支结构实验中单层支护+长锚杆控制变形优势明显,双层二衬次之,双层初支最差,但长锚杆工况压力最大;适当加大锚杆长度和半径,增大初支厚度或更换初支材料可以加大初支强度,可以此进行适当规划来完成优化施工方案。在围岩参数反演分析中采用正交试验设计所得的结论对神经网络训练,建立了以神经网络为基础,以位移监控量测为参数的隧道围岩变形的优化控制方法。