隧道是交通建设的重要构筑物之一,能有效地克服地形阻碍,减少交通建设里程。面对连绵起伏的山川,隧道长度也随着增加,为减少建设年限,提高掘进效率,往往需要两个以上的掘进头同时掘进,掘进头相遇的区域就称为贯通段。隧道贯通段作为隧道建设的关键性工程,在隧道贯通期间,经常性地发生拱顶塌方或大变形现象,然而人们往往专注于事后塌方的处理措施,对于贯通段这一重点区域围岩的变形特征及变形机理认识还不够。本文从隧道施工力学及隧道掘进存在的空间效应出发,以理论分析、现场试验及数值模拟手段,较为系统地分析了贯通过程中,贯通区域拱顶围岩的变形及应力特征。最后,从掘进速度对围岩位移及应力释放的影响方面,分析了马嘴隧道左、右洞贯通时,隧道围岩变形差异的原因。高速公路隧道贯通段围岩稳定性研究结果表明:(1)以厚壁圆筒力学模型,分析了开挖后隧道围岩的应力、位移分布情况,推导得出了应力释放系数与塑性区半径的表达式,并以MathCAD软件做出两者关系图,塑性区深度在应力释放系数较小时,增长的趋势也比较平缓,但当应力释放系数达到一个临界值时,塑性区半径随着应力释放系数的增加呈指数增长。(2)作用在支护结构上的应力,考虑应变软化影响时,支护阻力随塑性区的增加会有所增加。(3)以数值模拟分析了掌子面的位移分布特征,其呈现典型的“S”型特征。(4)通过现场试验得到了贯通区域围岩的拱顶位移曲线,出口侧变形符合空间效应理论。贯通时,进口侧受影响距离为15m,出口侧影响距离为30m。(5)建立了贯通段三维模型,模拟结果表明,贯通后10m范围内,贯通断面处的拱顶沉降位移在两侧内最小。两侧30m范围内,进口侧断面距离贯通断面越远位移终值越小,出口侧断面距离越远位移终值却越大,两侧15m范围内受到的影响最大。(6)贯通后,出口断面的塑性区深度及范围有所增加,距离贯通点越近的断面塑性区更大,该范围内围岩应力释放程度更大,符合推导的应力释放与塑性区的关系。(7)掘进尺寸为2m时,出口断面围岩位移变化速率更小,应力释放程度也越小,且塑性区深度也较小,符合掘进影响的短期效应特征。不考虑水弱化、渗流和岩体弱化时,模拟结果与实测数据时相符的。