随着我国经济的持续发展,人民大众对于交通的需求愈发强烈,相比于社会经济发展,交通运输发展已实现从经济发展的“瓶颈制约”到“基本适应”的历史性变化,为建设交通强国奠定了坚实基础。隧道工程是交通行业必不可少的一项,截止目前,我国的总隧道长度多达15285公里,隧道总数量多达16229个,我国隧道数量已居世界首位。在修建隧道的过程中,隧道渗、涌水现象一直以来都被公认是困扰隧道设计、施工、运用与管理的难题,隧道渗水或涌水问题占隧道常见病害的80%以上。运用适宜的、多元的设计方法,解决隧道支护与隧道涌水问题不仅能维护人与自然环境的协调,更能保证隧道使用者的人身安全、维护社会稳定、促进社会和谐发展。本文旨在以隧道开挖过程中的涌水与防护为题,以边界元法参数反演技术为基础,以鸡公山隧道为实例,结合以基于M——C准则的局部拉裂破坏围岩安全系数为判据的强度折减方法,建立涌水隧道围岩支护结构正反分析与优化方法。基于无限大平面上的小孔洞问题,通过边界元中的假想应力法建立隧道围岩参数边界元反演方法。以各向均匀同性的圆形隧道的位移解析解,引入参数可辨识条件验证反演参数的唯一性,得出本文的待反演参数为弹性模量和侧压力系数;按照最大位移原则,确定隧道最佳量测内容为:拱顶下沉量与净空水平收敛量。通过反分析鸡公山隧道位移监测数据,求解得鸡公山隧道YK133+270断面的弹性模量为10.37GPa,侧压力系数为0.48。选取YK133+270断面地质条件相似的断面YK133+290进行模拟,比较该断面同一测线处的位移回算值与实测值之间的吻合程度,分析得二者相对误差为6.75%,表明隧道围岩位移反分析结果是可靠的;建立鸡公山隧道开挖模型,模拟并分析隧道开挖过程中涌水现象。受隧道开挖扰动,裂隙岩体的贮水特性及渗水特性发生改变,得出裂隙贯通是隧道渗水转变为隧道涌水的充分条件这一结论。结合鸡公山隧道大气降水等水源补给条件,确定注浆与敷设防水层的防水方式和“仰拱下设排水沟”的排水方式防治鸡公山隧道涌水;采用基于M——C准则的围岩局部拉裂破坏安全系数为判据,设计并模拟6个隧道支护结构方案,以强度折减法进行计算。综合隧道支护结构的安全系数大小、隧道拱顶沉降量、隧道底部隆起量以及经济因素这四个因素考虑,确定鸡公山隧道最优支护方案为:两腰锚杆6根、拱顶锚杆12根、底部衬砌厚度60cm、两腰及拱顶衬砌厚度45cm。