随着我国铁路系统的迅速发展,铁路隧道的众多不良地质问题也得到越来越多学者的重视。山区铁路隧道的施工特点包括开挖断面大、隧道长度长、施工风险大且衬砌结构耐久性要求高等。对于我国西南地区的铁路工程,由于其地质环境复杂且多为深埋长大隧道,工程灾害问题较多,尤其是当隧道穿越围岩强度较差的不良地质区域时,洞室围岩容易发生较大的变形,进而导致支护受损,情况严重时还会造成隧道塌方,导致工期延误和重大的人员伤亡及财产损失。因此科学准确的评价开挖洞段的变形等级,并根据变形等级决定支护措施具有重要的研究意义。本文以成昆铁路复线特尔莫隧道为研究背景,基于大量的现场监测数据样本,选取拱顶沉降、上导收敛、中导收敛这三种变形量作为评价指标,采用层次分析法确定指标权重,通过可拓学的方法对样本集内各洞段的实际变形情况进行等级划分。根据现场工程地质资料和相关施工规范选取岩石单轴抗压强度、岩石完整性系数、主要结构面与洞轴线夹角、地下水状况、结构面状态作为条件属性,以可拓学方法得到的变形等级作为决策属性,构成决策表。采用粗糙集理论对决策表进行分析,将权重问题转化为属性重要性问题,计算各影响因素的权重值,再根据组合赋权基本原理对权重进行对比验证,最后采用正态云和可拓学的方法对隧道的变形等级进行预测,建立了基于多种非线性方法的铁路隧道变形等级预测模型。工程应用结果表明,该模型的预测结果与实际变形情况相吻合,对后期的隧道施工起到了较好的指导作用。采用数值模拟的方法对不同的变形等级进行了支护措施研究,对隧道原有的支护方案进行了优化设计,得到安全可靠的支护方式。