隧道洞口段围岩多为浅埋、松散破碎的岩体，在进行洞口段施工时，不可避免的会对围岩产生扰动，改变围岩的初始应力状态。施工或支护控制不当可能引发围岩大变形，导致初期支护因变形过大而侵入二次衬砌限界，甚至支护结构失稳破坏而发生塌方。在大量实际工程中，类似侵限问题时有发生，这无疑会影响到工程质量，造成工期延误，造价提高以及一系列的安全隐患问题。目前，已经在不少施工经典案例中总结出了许多宝贵的经验，国内外许多专家学者也一直致力于控制围岩大变形的理论与实践的研究。本文依托梅大高速公路山子顶隧道工程，就其在右线隧道洞口段发生初期支护侵限问题进行了原因分析和换拱方案优化研究。依据山子顶隧道的工程地质条件和施工方案，作者结合对量测数据处理分析得到的变形发展规律，对围岩大变形原因从内部和外在两个层面进行了分析。本论文通过对围岩大变形稳定性控制理论的研究，寻找合理开挖方法与支护措施的理论依据。论文作者利用ANSYS数值计算软件，采用围岩位移反演正分析的方法，对换拱过程进行模拟分析及方案比选。最后，作者将数值模拟结果运用到工程实际中，提出优化方案，并对山子顶隧道换拱施工的处治效果进行评价。