山岭隧道建设过程中,围岩及支护结构失稳是最为常见的工程灾害。隧道一旦失稳,将造成巨大的损失,尤其是对于已初支段的塌方,此时掌子面已推进一段距离,一旦塌方就会造成施工人员和机械封死隧道内的严重后果。此类塌方比掌子面塌方更具危害性,因此,对于掌子面后方已初支段围岩及支护结构安全性评价是隧道建设者亟待解决的重大技术难题。本文以“复杂地质条件下特长大断面隧道安全及灾变控制理论与方法”科技项目为依托,以张石高速岳家沟隧道为研究对象,通过对岳家沟隧道在施工中发生塌方事故统计分析,三处大规模塌方均是发生在掌子面后方已初支段。综合运用理论分析、数值模拟等技术手段以工程结构可靠度理论和风险评估理论知识为基础,考虑围岩劣化的基础上对岳家沟隧道衬砌结构的安全风险等级进行评估。主要内容如下:(1)在查阅和参考大量已有试验资料和文献研究成果的基础上,通过对地质强度指标GSI定量化研究,采用Hoek-Brown准则预测岩体力学参数,准确预测岳家沟隧道各级围岩的力学参数,为后续隧道建模和失效概率分析提供必要的基础数据。(2)考虑隧道在开挖过程中因岩体扰动、卸荷及其不良地质等综合作用下的围岩劣化行为,建立有限元模型,分别研究典型断面在围岩劣化前后两种状态下其衬砌结构作用荷载及变形的发展变化规律;运用ANSYS PDS模块对两种状态下衬砌结构的内力统计特征进行分析,并结合所建立的极限状态方程,运用MALAB计算程序,获取了不同状态下衬砌结构的失效概率。(3)在风险评估阶段,将衬砌结构失效概率作为评价指标之一,建立衬砌结构安全风险等级可拓评价物元模型。同时,引入传统的风险矩阵法,分别将风险矩阵法和可拓判别法运用到岳家沟隧道工程实际中,对其衬砌结构安全风险等级进行评定,所得结果基本一致,对比验证了所建可拓评价物元模型的正确性。