隧道施工中塌方是最为常见的一种灾害,由于隧道工程的地质条件具有复杂性和未知性,板岩、千枚岩等软岩隧道施工过程中易出现大变形、支护受损破坏,甚至出现塌方事故。因此,有必要对其进行针对性的研究,对塌方的发生机制和处治措施进行总结,为后续类似工程的建设提供宝贵的经验。论文以四川九绵高速公路水牛家隧道洞内变形塌方及仰坡失稳事故为例,利用地质调查、补充地质勘查、理论分析和数值模拟等手段对水牛家隧道的变形及塌方机制进行总结,并对其对应处治措施进行了深入研究,然后提出了该类地质条件下隧道施工支护参数优化方案,主要研究成果如下:(1)通过分析水牛家隧道洞口段的工程地质特征以及其初期支护大变形发生的过程,总结出水牛家隧道洞口段塌方的主要因素是隧道洞口段围岩的工程地质环境极差,周围岩层主要为软岩,其岩质较软,而且岩体层间结合较差,隧道开挖临空后,受重力及卸荷变形影响,岩体层间摩阻力不足以支撑上部岩土体重力,从而产生软岩变形,造成隧道拱顶发生大变形。(2)通过对水牛家隧道洞身段所处的工程地质环境进行补充勘测后,发现隧道洞身塌方的原因是多方面的工程地质因素造成的。可将工程地质因素归纳为两方面原因:(1)隧道洞身段围岩与洞口段围岩类似,岩体均属于软岩,强度极低,而且岩层产状陡倾。(2)隧道左洞上方地表存在冲沟地貌,勘察资料表明冲沟下方疑似存在隐伏断层,易汇水下渗,软化围岩导致左洞岩层力学性质较差。(3)对隧道地表仰坡的物探勘察资料进行分析后,发现隧道地表仰坡位于明显的深切河谷地形,此地形的地应力分布存在应力分区现象,即岸坡存在应力变动区和原岩应力区,河谷谷底存在应力集中区,隧道的施工加剧了河谷应力场演化过程,致使软弱岩体发生水平蠕变,导致地表裂缝产生,进而致使仰坡失稳。(4)针对水牛家隧道不同部位发生塌方的机制及原因提出相应的处治措施,隧道总体加固方案采取洞外桥改路施工→仰坡抗滑桩加固→洞口临时支撑段换拱施工→17m自进式管棚施工→二衬台车分解逐段拆除→对于塌方体端部进行喷射混凝土加固反压→使用地质雷达对前方塌体进行扫描探测→掘进施工。(5)为了对支护体系进行优化,本文借助有限元软件开展了正交试验,分析了16组试验组的位移情况,塑性区分布,支护结构受力等一系列指标,经过对数据的处理分析,完成了支护体系的优化,获得了最优支护体系参数如下,钢拱架间距0.5m,锁脚锚杆长度7m,系统锚杆长度7m。