隧道塌方事故在隧道掘进过程中发生概率较大,事故危害性高,目前已成为隧道工程中安全威胁最大的隧道灾害之一。隧道及地下结构工程位于地下岩层及土体中,结构所处的地质环境复杂多样,因此,针对不同工程所处的各自独特的地质条件,其围岩变形及失稳的原因和机理各不相同,有必要结合隧道结构及隧道所处的工程地质环境进行隧道塌方原因及机理分析。本文以火风山隧道工程塌方事故为背景,通过数值计算及现场监控量测等手段,研究了火风山隧道塌方机理及塌方治理优化方案,得出以下结论:1)通过经验判断法和有限元数值计算法,分析得出了火风山隧道塌方机理为:火风山隧道塌方段地质特点为持力岩层薄,上覆填土层较厚,隧道开挖后,拱顶部分的洞室释放荷载基本依靠隧道拱顶上方的持力岩层承受,加上隧道爆破破坏导致的持力岩层承载能力减弱,破损的薄层持力岩层无法承担洞室开挖产生的荷载,导致拱顶围岩失稳,引起隧道塌方。2)在得到火风山隧道塌方机理基础上,基于提高围岩承载能力及扩大围岩承载范围的思路提出多组比选方案,得出以下几组规律:(1)注浆加固深度越深,围岩自稳能力越高,但当加固深度超过4m后,加固效果的提升率降低。考虑到计算间隔及安全储备,建议洞周预注浆加固深度为4.5m。(2)地表注浆加固范围越大,上部围岩受力越均匀和对称,偏压越小。当地表注浆范围达到塌落区外10m时,上部围岩受力已基本对称,不存在偏压作用。建议地表注浆范围延伸到塌落区外10m范围。(3)从围岩变形速率来看,CD法很好的改善了台阶法变形速率过快的问题,而CRD法与CD法变形速率相当,减缓围岩变形速率能使围岩充分发挥自承能力。建议施工工法选择CD法。最终确定最佳方案为:洞周管棚+4.5m长的超前小导管注浆;在地表塌落区范围以外10m内进行地表注浆;采取CD法施工。3)通过现场治理效果图及施工过程中的监控量测结果来看,火风山隧道塌方段治理效果较好,隧道施工过程中围岩未出现影响隧道体系稳定性的异常变形,且变形最终区域稳定,施工过程中围岩稳定,火风山隧道顺利通过了塌方区段。