围岩稳定性问题是隧道和地下洞室等工程中的难点问题。作为张涿高速公路建设中的重要工程，黑山隧道是典型的浅埋软岩隧道，该隧道具有地质条件恶劣、洞线长、开挖断面大等特点，其中白云岩围岩开挖洞段具有破碎、变形大和强度低等力学性质，施工过程中掌子面塌方与变形控制为该工程支护设计和施工开挖中面临的关键难题，且部分洞段岩体破碎且含水，易发生塌方，严重影响了隧道的施工进度，给工程建设提出了巨大的挑战。论文主要工作包括：(1)针对现场白云岩力学特性开展常规三轴试验研究，确定岩石力学特性指标与围压大小的关系，并分析试验数据获得白云岩岩块的强度参数和变形参数。(2)基于隧道典型断面实时监测信息和分析给出的围岩变形和变形速率分析预警方法，并确定隧道初衬与二衬以及上下台阶开挖的合理间隔时间。(3)建立基于多工况分析的实时监测数值分析及数值仿真模型。采用系统地力学机理与方法从定量角度分析隧道施工期围岩稳定性与围岩力学特性中各参数的相互关系，借助神经网络和遗传算法反演围岩参数，并对关键参数进行系统分析研究与调控，比较分析不同支护方案时隧道围岩稳定性及变形发展趋势，并对实际结果进行反馈分析，确定最优的设计方案。