隧道工程作为公路网的重要连接枢纽,在工程建设中扮演着越来越重要的角色。深埋长大隧道在开挖过程中不免会遇到如断层破碎带等各种各样的复杂地质条件,隧道塌方等地质灾害现象也时有发生。对隧道穿越断层破碎带时的塌方机理研究以及如何避免隧道塌方的问题研究具有重要的意义。以穿越F18断层破碎带的营尔岭隧道为工程依托,以9.30塌方事件为工程背景,结合现场勘察、数值模拟等手段,对营尔岭隧道从地质构造、围岩变形机理等方面入手进行了隧道坍塌机理的分析研究。通过数值模拟进一步对断层破碎带隧道进行超前加固方案的加固效果研究,并对超前加固参数进行了优化分析。主要研究内容及结论如下:(1)通过现场地质勘察、地质灾害专项探测等手段对营尔岭隧道坍塌机理展开理论分析,得出断层破碎带内的破碎围岩强度较低,隧道开挖导致出现应力集中现象,突然增大的应力超过围岩抗剪强度,从而使隧道发生冒顶坍塌。同时地下水的作用降低了围岩的黏聚力c和内摩擦角φ,从而导致围岩抗剪强度τ_f大大降低,削弱了围岩的自稳能力,加剧了隧道的失稳坍塌。(2)通过数值模拟得出在隧道开挖过程中断层破碎带内的围岩位移量比其他区域要大。断层破碎带内的围岩塑性区可延伸到施工掌子面前方4m范围内,断层破碎带区域以外的围岩塑性区延伸到施工掌子面前方2m范围内。(3)通过对超前锚杆和超前注浆小导管两种超前加固方案的综合对比分析得出,超前注浆小导管对断层破碎带范围内的隧道拱顶以及左右拱腰处的围岩处理效果要优于超前锚杆,且超前注浆小导管对拱顶处的围岩处理效果又明显优于左右拱腰处。(4)对超前注浆小导管进行优化研究,得出1m~3m厚的注浆加固区分别使断层破碎带隧道内的拱顶沉降量减小约43.35%、53.28%、57.41%。可以看出注浆加固区厚度增加到一定程度,其对拱顶围岩的加固效果也越来越有限。因此,综合考虑经济性与安全性,对断层破碎带内的隧道开挖采用超前注浆小导管、注浆加固区2m厚(即小导管长度4m,外插角30°)的超前加固方案。