软岩隧道塌方一直是困扰我国隧道安全施工的核心难题之一。针对过去和当前一段时间内我国隧道塌方事故居高不下的状况,软岩隧道塌方灾害控制研究显得尤为紧迫。本文以软岩隧道开挖面塌方为研究对象,基于180多宗隧道塌方灾害典型案例,分析其发生时间、发生前征兆、塌方位置、塌方规模、影响范围、所在区域地质详细描述,由此确定软岩隧道开挖面塌方灾害特征及影响因素。在此基础上,结合收敛-约束法基本理论,基于简化球对称模型推导出了软岩隧道开挖面最大挤出变形解析解。同时研究了不同施工工况对隧道开挖面变形的控制作用以及开挖面前方预加固锚杆对开挖面最大挤出位移的影响和作用机理,进一步采用数值模拟和现场监测数据对理论分析进行补充和论证。得出了如下重要结论:(1)根据统计塌方事故案例分析所得的软岩隧道塌方灾害特征及灾害影响因素,将软岩隧道塌方灾害特征归纳为隧道洞口段塌方、开挖面后方已开挖洞室塌方、开挖面塌方等3种类型,洞室塌方占32%,洞口塌方占7%,由开挖面及开挖面引起的后方围岩塌方数占61%,开挖面塌方已经是软岩隧道施工事故的主要形式。(2)以开挖面前方待开挖围岩和预加固锚杆为研究对象,根据收敛-约束的理论,建立了圆形隧道前方待开挖围岩与预加固锚杆在不同应力状态下的六种分析模型,推导不同分析模型下的径向应力和切向应力表达式以及描述开挖面挤出运动的无量纲U*的表达式,分析了隧道埋深、粘聚力、预加固锚杆的长度、刚度、强度等对开挖面应力和位移的影响,研究了预加固锚杆对开挖面的最大挤出位移的控制作用。(3)采用Flac3D分析了不同开挖工况、不同预加固锚杆布置条件和不同埋深条件对隧道开挖面挤出变形的影响。台阶法能有效控制隧道开挖面的挤出变形,保持围岩的稳定性;开挖面最大挤出变形发生在开挖面中心部位;随着锚杆长度和密度的增加开挖面最大挤出变形减小,但到锚杆的长度大于隧道半径时,继续增加锚杆的长度最大挤出变形值保持一个稳定值;不同埋深与不同锚杆密度下开挖面最大挤出位移值与第3章理论计算值进行比较分析,两种分析模式之间的最大相对误差为22%。(4)数值模拟结果与油竹山隧道现场监测数据基本吻合,表明该模型能较好反映油竹山隧道的实际情况,同时说明了随着开挖面的推进,研究断面的挤出位移逐渐增大。