本文以大临铁路白石头隧道为依托工程,通过理论分析、室内外试验、数值分析以及现场监测等手段,针对白石头隧道绢云母片岩段施工期间出现的大变形问题进行了深入研究,并对大变形隧道的支护措施进行了优化。本文具体研究内容如下:(1)通过室内外试验测定了白石头隧道绢云母片岩段围岩的矿物组成、单轴饱和抗压强度以及所处的地应力环境条件。(2)通过对白石头隧道绢云母片岩段围岩变形、围岩压力及初支与围岩接触压力的监测结果进行分析,结合大变形段支护结构宏观破坏征,归纳总结了绢云母片岩段隧道大变形破坏特征,并结合依托隧道工程现场实际情况,对绢云母片岩隧道的大变形挤压程度进行了辨识并划分了大变形等级。综合考虑围岩工程特性、监控量测结果及初期支护的宏观破坏特征,分析了引起绢云母片岩隧道产生大变形的主要影响因素,并结合理论分析得到的隧道围岩应力及应变随时间的变化规律,提出了白石头隧道绢云母片岩段的大变形机制。(3)根据绢云母片岩隧道大变形的地质情况,运用有限差分计算软件FLAC3D建立三维数值模型,对超前支护、型钢拱架、锁脚锚管、预应力树脂锚杆等支护措施进行了优化分析,得到了不同超前小导管布设参数、不同拱架型号、不同长度锁脚锚管及不同长度预应力树脂锚杆对隧道围岩变形的影响。此外,通过监控量测数据及现场拉拔力测试,探讨了预应力树脂锚杆在大变形段中的应用效果。(4)通过在白石头隧道绢云母片岩段开展现场对比分析试验,得到了隧道在采用不同支护参数下的围岩变形、围岩压力、钢拱架应力及初支与二衬接触压力的变化规律。现场各项监测结果验证了,优化后的支护措施对控制绢云母片岩隧道大变形具有显著效果。