随着国内公路交通建设的飞速发展,在一些经济发达地区,双向四车道乃至双向六车道公路隧道已不能适应交通量日益增长的需求,因此公路隧道的改扩建工程变得迫在眉睫。在既有双洞四车道分离式隧道的基础上新建双洞进而形成四洞八车道小净距隧道群是一种基本的扩建型式,属于复杂近接施工的范畴。新建隧道的施工会使围岩从原来多次演变应力场的基础上再进行多次演变,正是这种应力的演变导致了既有隧道和新建隧道的受力变异,造成新建隧道的复杂性和既有隧道的安全性问题。本文依托某高速公路隧道扩建工程,对其合理的扩建型式及开挖方案、动态施工力学以及支护参数优化等问题进行了研究,主要内容和结论如下:1.综合分析隧道近接施工和洞口位置选择的影响因素,确定了该工程的最优扩建型式——在既有两隧道之间增设一个两车道隧道同时在既有左隧道左侧再增设一个两车道隧道。2.对选定扩建型式的四种不同开挖方案进行了有限元数值模拟。分析结果表明,采用台阶法开挖相比采用交叉中隔墙法,其围岩及支护结构应力较小,施工过程较简便,对围岩的扰动相对较少。确定了上下台阶法为新建隧道最优开挖方案。3.对选定的开挖方案进行了三维动态施工力学数值模拟。分析结果表明,新建隧道围岩位移、应力、塑性区以及支护结构应力较小,新建隧道围岩随着开挖支护的完成逐渐趋于稳定,新建隧道采用上述选定的型式和开挖方案进行施工是安全、合理的。同时,还分析得到了新建两隧道的施工对既有隧道围岩及支护结构应力状态的影响情况与特性。4.通过对新建隧道不同初期支护参数的数值模拟分析,认为锚杆长度由设计值4.0m优化至3.0m、喷射混凝土厚度由26cm优化至21cm是可行的。研究结论不仅为依托隧道扩建工程的设计、施工提供了科学依据,也为今后高速公路改扩建工程中类似的隧道扩建工程提供了值得借鉴的资料和经验。