在西部地区经济持续发展的过程中,交通运输是其中的重要一环,而众多的黄土山岭在一定程度上阻碍了公路的畅通,因此,黄土隧道的施工建设越来越被研究人员所关注。在黄土隧道施工过程中出现的诸多“病害”严重威胁着人民的生命财产安全,因而需要充分了解黄土围岩的变形特性以加强其支护结构。本文以甘肃省兰州市的兵草岭黄土隧道为工程背景,在ANSYS有限元软件中分别建立隧道的二维和三维模型,提出一种加强支护结构并与传统支护作对比,分析了隧道在分段施工过程中在加强支护下围岩的变形特性,此外还对隧道进行现场监控量测。论文所做的主要工作如下:对国内外黄土隧道围岩变形和支护结构的研究现状做了综述,根据隧道围岩的支护原则提出了一种适用于黄土隧道的加强支护结构,即在传统支护模式的基础上,在起拱线处施做梯形承托和在拱脚处打入注浆的锁脚锚管。概括了黄土的弹塑性力学基本原理,说明了在ANSYS软件中隧道开挖与支护的实现方式。建立了隧道的二维有限元模型,对比分析了传统支护和加强支护后隧道的地表沉降、洞周位移、围岩应力以及支护结构的内力。结果表明:加强支护结构更适合于黄土隧道,且优于传统支护。建立了加强支护的隧道三维有限元模型,模拟了其分段开挖与支护过程,研究了隧道在持续施工过程中对已开挖段的围岩和衬砌产生的影响。结果表明:隧道上方岩体的沉降量在开挖和支护过程中呈“阶梯式”累加,中轴线处的沉降量最大,其两侧岩体的沉降量随着与中轴线距离的增加而减小;起拱承托处的围岩是应力集中区域,这减轻了上部拱顶和拱腰处的“应力负担”,隧道已开挖段支护后到下一段开挖时应力先增加后减小。对兵草岭隧道施工过程中的三个断面进行了监控量测,测量项目包括拱顶下沉量、周边收敛量、围岩应力和初衬混凝土应力,汇总了监测数据并绘制了随时间变化的位移、应力曲线。参照监控量测结果,对兵草岭隧道施工提出建议,为施工人员及时调整施工计划提供理论依据。本文的研究结果为工程实践中类似工程的施工提供了一定的参考。