我国是一个多山地带国家,在山岭隧道修建的过程中,可能会遇到隧道掌子面不能自稳,或者地表沉降过大等情况,必须采取一些辅助措施对地层进行预支护或预加固。超前小导管和管棚是其中广泛使用的预支护措施。本文以巴东隧道为依托,以超前小导管和管棚力学机理及其支护条件下隧道掌子面稳定性为研究对象。通过理论推导、数值模拟和软件开发的手段,得到一些可用于工程实践的研究成果,论文主要的研究内容有:(1)分析了超前小导管和超前管棚的支护机理,简述了隧道围岩压力的确定方法和围岩压力理论,根据Winkler弹性地基梁理论和Pasternak弹性地基梁理论,建立小导管和管棚的Winkler地基模型和Pasternak地基模型。通过所推导的挠度方程、地基反力方程、转角方程、弯矩方程和剪力方程可得到小导管、管棚任意一点的挠度、地基反力、转角、弯矩和剪力。以巴东隧道为工程实例,基于Winkler地基模型和Pasternak地基模型对小导管和管棚进行力学分析,基于Winkler地基模型分析不同因素对管棚挠度和掌子面稳定性的影响。(2)研发了隧道超前支护计算软件,能够方便进行深浅埋隧道围岩压力计算及Winkler地基模型和Pasternak地基模型的系数矩阵计算,还能方便对数据进行储存、查询、修改和删除等操作。(3)利用ABAQUS有限元软件进行数值计算分析,对比分析了不同支护条件、不同加固厚度和不同隧道埋深对加固效果的影响,还分析了小导管长度、环向间距、纵向间距和外插角对加固效果的影响。