2016年起,为满足“八纵八横”高速铁路网的通行需求,国家大规模修建高铁隧道。相比于普通铁路隧道,高铁隧道拥有更高地建设要求和验收标准。高铁隧道修建过程中因开挖穿越软岩地层和断层破碎带而产生变形破坏的情况时有发生,不仅造成严重的经济损失,而且难以确保隧道施工安全与建设质量。为此,有必要在工程实测数据的基础上,结合现代机器学习理论,加强对高铁隧道穿越软岩地层及断层区工况下施工变形控制措施及围岩稳定性的研究。本文以阳山高铁隧道为背景,针对隧道穿越陡倾状软岩地层及断层区围岩变形行为,开展了工法优化和支护措施加固效果研究,主要研究内容及结论如下:（1）研究建立了阳山隧道变形控制标准,结合现场监测数据分析软弱围岩变形特征,进一步总结得出软岩大断面隧道变形影响因素及变形机理;结合地震波法、地质雷达法、超前水平钻探法预报结果分析隧道软岩地层围岩稳定性,确定了软岩地层围岩等级、性质及F26断层与洞身相交里程,为后续施工模拟提供地质依据。（2）研究选用粒子群算法、遗传算法、交叉验证法分别搜寻支持向量机最优核参数和惩罚参数,对比三种算法的适应度值和模型预测值,分析得出遗传算法寻优结果精度明显优于粒子群算法和交叉验证法,进而确定最优核参数和惩罚参数,确保反演结果精度。（3）研究遗传算法和支持向量机算法对于样本数量的敏感性。基于正交试验设计了四种不同水平的反演样本,利用有限差分软件FLAC3D完成试验值计算,分别输入至遗传算法和支持向量机完成敏感性研究。结果表明:针对阳山隧道围岩力学参数反演问题,在试验水平区间内遗传算法寻优效率和结果精度与样本数量呈正相关;在4～6水平区间范围内支持向量机预测精度与样本数量呈正相关,进而确定反演样本数量。（4）研究基于遗传算法优化的支持向量机算法,构建阳山高铁隧道围岩力学参数反演模型,反演了泥质砂岩、石英砂岩、断层围岩力学参数,结果表明:反演模型准确性高,可为施工优化分析提供可靠参数。（5）研究采用有限差分软件FLAC3D建立隧道软岩地层及F26断层段数值模型,模拟了四种开挖工法的施工过程,研究了隧道围岩变形行为、围岩与初期支护应力分布以及塑性区特性,揭示不同开挖工法下围岩变形与应力分布规律,对比结果,确定隧道穿越陡倾状软岩地层及断层区的最优开挖工法为环形预留核心土法;同时,结合工程情况与模拟结果,提出变形控制建议,并建立有无系统锚杆支护、长锚杆支护、拱底锚杆支护、高刚度支护体系及组合支护体系的计算模型,验证不同支护措施的加固效果,结果表明:系统锚杆对围岩的加固效果有限;长锚杆限制围岩竖向及横向变形效果较好;拱底锚杆可改善拱底围岩的变形情况;高刚度支护体系有效提升隧道结构的稳定性;组合支护体系控制围岩竖向变形效果最优。研究成果为阳山高铁隧道后续穿越F24、F33断层及其他岩性地层的施工提供了参考。