公路隧道初期支护结构是隧道施工过程中安全性的重要保障,也是隧道工程造价的重要来源,所以对其进行科学合理的设计显得尤其重要。本文基于宁波穿山疏港高速连接公路将军山隧道工程,按照收敛约束法原理,考虑初期支护前隧道已有的自由变形,即隧道开挖应力释放率,对将军山隧道进出洞口断面和断层及节理密集带断面进行数值分析研究,主要研究内容和研究成果如下:(1)针对隧道开挖应力释放率问题,通过有限差分FLAC3D软件,建立隧道开挖应力释放率计算模型,分析围岩等级、隧道形状、开挖尺寸、隧道埋深以及侧压力系数等5个因素对隧道开挖应力释放率的影响程度。结果表明:影响开挖应力释放率的主要因素为围岩等级,并获得了不同围岩等级下开挖应力释放率范围。(2)应用有限差分FLAC3D数值模拟方法,建立将军山隧道围岩与初期支护结构共同作用的正演分析数值模型,模拟分析将军山隧道进出洞口段断面和断层及节理密集带断面的开挖与初期支护施工过程,获得隧道不同施工阶段的围岩变形特征。隧道洞周位移数值计算结果与现场监测结果吻合良好。本文提出了等效支护力法、提高锚杆加固区围岩参数法和杆单元法三种不同系统锚杆的模拟方法,并分析其差异性,结果显示等效支护力法模拟锚杆最能反映锚杆控制洞周变形的支护作用。(3)基于收敛约束法原理,考虑隧道初期支护前围岩的自由变形,并且结合公路隧道设计规范和现场监测结果,对将军山隧道进出洞口段和断层及节理密集带的初期支护设计方案进行安全性和经济性评价,进而对将军山隧道初期支护结构提出优化设计方案,在保证隧道安全前提下,通过增大锚杆和钢拱架的纵向间距来达到减小初期支护用钢量,从而降低工程造价的目的。