本文依托蒙华铁路多座高地应水平岩层隧道修建过程遇到的典型工程问题实际案例与仇文革教授、王刚博士研发的限阻耗能型支护结构在多座高地应水平岩层隧道初期支护优化的成功应用,旨在研究高地应力水平成层的多节理砂泥岩互层中修建隧道的围岩稳定性以及基于围岩压力构成分析与耗能型支护的支护理念及对策。主要完成了以下内容:(1)基于阳山隧道的地应力测试数据,分别采用了横观各向同性本构、多节理弹塑性本构分别对以砂岩为主及以泥岩为主的隧道的围岩稳定性进行了分析,并分析沿路径的地层应力分布规律。(2)基于地质勘查与掌子面揭示的地层分布进行计算模型的地层划分,分析了仅基于摩尔-库仑本构的围岩稳定性,并说明了对于软硬岩互层,采用台阶法开挖,存在“加荷”效应。并采用基于极限剪应变的极限分析划分了隧道的松动区。(3)基于掌子面揭示地质情况进行地层划分与极限剪应变的极限分析,分别采用应变软化本构模拟泥岩的应变软化,砂岩的脆性破坏特征,采用多节理本构模拟细密节理岩体,分析了基于现场实际工况的围岩稳定性,划分了松动区。(4)基于前述计算分析结果,说明了岩爆与大变形并非互斥事件,先岩爆后大变形或先大变形后岩爆在一定条件下均会发生,并提出了先大变形后岩爆的两种形成机制,在软硬岩互层条件下可发生,在单一岩性的完整性有差异的多节理岩体中也可发生,并结合阳山隧道的岩爆塌方的案例进行了具体分析。(5)分析了水平软弱夹层对围岩稳定性的影响性,并讨论了合理的数值计算模型边界,以及洞室形状对应力重分布范围的影响。并以松动区体积为判据对不考虑具体地层划分的基于阳山隧道工况的高地应力水平岩层隧道的合理洞形进行了分析。对比了考虑塑性、考虑塑性及水平节理影响的洞室最佳轴比与基于弹性力学的“谐洞”的最佳轴比的差异性。(6)提出了一种计算分析围岩压力构成关系的方法,并以如意隧道为案例进行了分析,提出了一种综合考虑最低围岩压力与工程经济性的支护结构允许变形量的确定思路及方法。并基于案例分析的结果说明其围岩压力是以形变压力为主。(7)给出一种岩爆限阻耗能型支护结构的设计计算分析方法,给出了所释放岩体应变能与重力势能之和的求解方法,以及基于计算岩爆能量的限阻耗能型设计参数取值与计算方法。(8)说明了高地应力水平岩层隧道的支护理念为通过恒阻或低阻耗能型支护将岩爆冲击能量带来的高冲击压力转化为有限的低于衬砌支护承载能力的围岩压力;通过刚-柔-刚耦合限阻耗能支护,释放部分形变压力;通过合理的耗能型支护的变形量设计值,使松散压力不会过大。