隧道的开挖过程中,隧道周围的岩体应力状态不断发生改变。隧道的工程地质条件、结构设计尺寸、施工方法、支护时机等因素与围岩应力释放率密切相关,支护结构设计中围岩的应力状态一个重要的参考指标。特别地,对于软岩等地质条件较差的隧道,其围岩应力释放率选择的正确与否直接关系到支护结构的设计质量。因此本文依据实际工程延崇高速的在建隧道,通过现场调研、掌子面前方围岩地质预报、已开挖断面关键点位移监控、有限差分软件计算与理论分析结合,针对施工过程中围岩与支护结构力学状态和位移规律进行研究,主要研究内容如下:(1)基于国内外研究成果对围岩与支护结构相互作用机理进行分析,从理论层面分析围岩应力释放率与支护内力、围岩塑性区范围等之间的关系;采用莫尔库仑准则分析围岩应力释放对岩体稳定性、弹塑性特征的影响。(2)协同施工单位采用国产TGP设备对隧道前方围岩进行超前探测,并选取典型预报结果进行数据分析,在施工过程中对围岩级别进行动态调整以确定合适的支护参数;对已开挖断面进行监控量测,通过数据拟合等方式得到围岩收敛变形规律,判断围岩稳定情况。(3)以现场资料为依托,通过FLAC3D有限差分软件数值计算,首先模拟分析了Ⅳ、Ⅴ级岩石条件下围岩应力位移随开挖方法、隧道埋深、支护参数不同的变化规律;其次将围岩应力释放理论应用于FLAC3D计算模型分析隧道埋深、二衬施作时围岩应力释放率对岩石力学状态、围岩位移规律、衬砌结构内力等因素的影响。(4)基于静力计算结果和动力学理论,调试地震波并采用FLAC3D中动力模块,利用单一变量法,分别模拟在不同隧道埋深、围岩应力释放率等因素下,围岩与衬砌结构的动力响应规律。