山岭隧道在修筑过程中由于受隧址选型、工程地质等诸多条件的限制以及考虑施工技术、工程造价等因素,小净距隧道在修筑过程中得到了广泛应用。与传统小净距隧道相比,浅埋偏压小净距隧道围岩变形和受力特点更为复杂,特别是隧道浅埋侧,在隧道施工过程中极易出现塌方冒顶等工程事故。研究浅埋偏压小净距隧道在施工过程中的围岩变形规律对于保证隧道的安全建设具有重要意义。本文以威海S201威东线田和至温泉段改建工程黄家夼隧道为工程背景,运用MIDAS GTS NX有限元软件对浅埋偏压小净距隧道台阶法实际施工过程中的围岩受力特点、变形规律、围岩塑性区及地表沉降规律进行了研究;结合现场实测数据,对浅埋偏压小净距隧道地表沉降、拱顶沉降以及周边收敛规律进行了归纳总结,并与模拟结果进行了对比分析;运用BP神经网络模型实现了对隧道拱顶围岩变形的实时预测;最后对不同埋深、不同净距、不同偏压角度的隧道围岩变形的影响规律进行了系统研究。具体研究内容如下:1.通过阅读大量国内外文献,归纳总结了浅埋隧道、偏压隧道以及小净距隧道的判定方法;对浅埋偏压小净距隧道围岩压力的相关计算方法、隧道围岩变形规律以及BP神经网络相关理论方法进行了归纳总结,为论文的围岩变形分析和沉降预测奠定了理论基础。2.基于黄家夼隧道进口处浅埋偏压小净距隧道实际工况,建立了三维数值分析模型,通过对隧道施工过程中的位移场和应力场以及塑性区动态演化过程进行了分析,得到了隧道施工过程中的地表沉降规律和拱顶沉降规律,即隧道最终地表横向沉降槽呈现为左侧沉降量大右侧沉降量小的“W”型,左侧沉降槽中心地表沉降值约为右侧沉降槽中心沉降值的1.41倍;隧道地表沉降可以分为4个阶段即微小沉降阶段、沉降加剧阶段、沉降趋于稳定阶段和沉降基本稳定阶段,其中微小变形阶段发生在隧道掌子面未开挖前,沉降加剧阶段主要为隧道上台阶开挖阶段;隧道左右线拱顶沉降变化规律基本一致,即经历了急剧增长、缓慢增长、基本稳定三个阶段,隧道变形急剧增长阶段主要为隧道上台阶的开挖,因此在隧道开挖阶段应注意加强对于隧道上台阶的监控量测工作;计算结果表明隧道围岩变形量和围岩应力值均在安全施工范围内,因此台阶法可用于黄家夼浅埋偏压小净距隧道的施工。3.基于现场实测数据,对浅埋偏压小净距隧道的围岩变形规律进行了总结,研究结果表明隧道地表沉降规律和拱顶沉降规律基本与模拟结果一致,隧道拱顶沉降急剧增长阶段主要发生在上台阶的开挖;由实测周边收敛数据可以得到,周边收敛值经历了逐渐增大到稳定的一个过程。选取隧道进口段左线隧道ZK5+550、ZK5+560、右线隧道YK5+546、YK5+556典型断面为研究对象,利用传统回归函数即指数函数、对数函数、双曲线函数对四个断面拱顶沉降数据进行了回归分析,结果表明,黄家夼隧道拱顶沉降在0～15天范围内为变形速率发展最快阶段,16～45天围岩变形速率减缓,50天左右围岩状态基本稳定,最后利用BP神经网络对隧道围岩变形进行了预测,分析结果表明,对于隧道施工前期阶段,回归函数相对误差高于神经网络预测,对于施工阶段后期两种预测方法预测精度基本一致,因此对于隧道前期围岩变形规律可以用BP神经网络方法进行预测,对于隧道后期围岩变形规律可以将两种方法相结合进行综合预测。4.依托工程实际状况,结合数值模拟手段研究了隧道埋深、净距、偏压角度对浅埋偏压小净距隧道围岩变形的影响,研究结果表明:在净距和偏压角度相同的条件下,随着右线隧道埋置深度由5m增加到20m,左线隧道拱顶沉降量由24.7mm增大至46.5mm,右线隧道拱顶沉降值由6.6mm增大至28.7mm,隧道拱顶沉降随着隧道埋深的增大而增大;在相同埋深和偏压角度条件下,隧道净距B=6m、12m、18m、24m时右线隧道拱顶沉降值分别为13.1mm、11.5m、11.5mm、11.2mm,表明隧道净距的改变对于拱顶沉降影响较小。在相同的埋深和净距条件下,偏压角度为0°、15°、30°、45°时右线隧道拱顶沉降值分别为12.3mm、10.9mm、11.5mm、16.5mm,隧道上台阶测线7-8收敛值分别为1.96mm、3.26mm、3.6mm、7.44mm,表明当偏压角度为45°时,对右线隧道拱顶沉降及上台阶周边收敛影响最为显著。所有工况下隧道深埋一侧拱顶沉降值和周边收敛值都大于浅埋一侧,且隧道上台阶开挖拱顶沉降值占总体沉降值的80%以上。