随着国家经济的快速发展,人口的流动量越来越大,人们对交通的需求量也日益增大,而且对交通环境以及舒适度提出了更高的标准和要求。公路隧道因其具有克服地形高程障碍,改善路面线形,缩短公路里程等作用而获得了快速的发展。然而,公路隧道大多位于复杂的地质环境中,周围岩体构造复杂,在施工过程中若对隧道围岩稳定和隧道结构变形控制不当,将会带来十分严重的后果。因此,对公路隧道施工过程进行数值模拟,分析围岩受力与变形特征,并以隧道围岩位移实测数据为依托反演分析隧道围岩的物理力学参数,对于确保隧道施工的安全与围岩稳定具有重要的意义,可为隧道施工安全控制研究提供一定的参考和借鉴。本文以青岛市珠宋路抓马山隧道浅埋段施工为工程背景,运用理论分析、数值模拟与现场监测数据反演分析相结合的方法,进行了以下几个方面的研究:(1)首先结合国内外隧道施工安全控制与围岩位移反演分析的研究现状,分析了隧道围岩变形机理与围岩稳定性分析方法,从隧道岩体状态、隧道埋深及隧道施工方法三个方面,对隧道围岩稳定性的主要影响因素进行了探讨,为进行围岩施工安全控制分析打下理论基础。(2)运用MIDAS GTS NX有限元软件对青岛市珠宋路抓马山隧道浅埋段建立了三维数值仿真分析模型,建模过程中,假定岩体为弹塑性材料,并符合摩尔-库仑准则,考虑不同岩层间岩体材料力学参数的差异性。并将数值模拟结果与现场监测数据对比,验证了模型分析的可靠性。(3)运用所建立的有限元模型对青岛市珠宋路抓马山隧道浅埋段进行仿真模拟分析。结果表明:隧道开挖打破了岩体的原始应力,应力沿着开挖面重新分布并达到新的平衡。在钢支撑与围岩相交处出现应力集中,最大竖向压应力为2.87MPa,最大竖向拉应力为0.62MPa;最大水平压应力为1.57MPa,最大水平拉应力为0.32MPa。利用CRD法开挖隧道左侧导洞,分析发现左侧导洞拱顶沉降主要是由于左上导洞开挖引起,其沉降位移占左侧沉降位移的90%以上,受左侧导洞影响。开挖右侧导洞时拱顶沉降位移叠加了左侧开挖时的沉降位移,右侧沉降值较大;开挖隧道围岩由于土体卸荷作用,周围岩体对隧道产生挤压,隧道开挖初期围岩水平净空收敛值突然增大,施作支护结构可以有效地限制围岩收敛变形;中间钢支撑在与未支护围岩处出现应力集中现象,向X正、负向应力最大值分别为21.4MPa和4.2MPa,该处钢支撑不仅需要抵抗围岩向隧道内收敛产生的外力,还需要抵抗开挖未支护部分岩体横向变形产生的应力。(4)利用数学回归分析的方法对青岛抓马山隧道ZK5+425断面水平收敛位移和拱顶沉降位移的实测数据进行拟合分析,选取与实测位移曲线相关系数最高的指数函数对围岩的拱顶沉降与水平净空收敛最终变形量进行预测。并利用MIDAS GTS NX有限元软件根据预测的变形量对隧道围岩的参数进行反演分析,得到符合该施工段的围岩物理参数,弹性模量E=1.292 GPa、泊松比μ=0.374,并利用同一施工段ZK5+365、ZK5+475、ZK5+505三个不同断面的实测数据进行了对比分析,证明了反演围岩参数的正确性。(5)根据模拟和反演分析的结果,针对抓马山隧道施工过程围岩变形和地表变形较大的问题,提出了在隧道施工过程中应该使用超前导管注浆加固和管棚注浆支护技术控制掌子面的先行变形;利用地表旋喷桩加固和地表垂直锚杆补强手段控制地表沉降变形。