随着经济的高速发展,对道路的交通能力提出愈来愈高的要求,超大断面公路隧道的扩建工程越来越多。因为地形的限制和技术的发展,公路隧道的扩建形式也不再局限于增建形式和单侧扩建形式,更为复杂的周围扩建形式也会被考虑。目前国内外对于周围扩建形式的研究不足,关于这种大断面隧道周围扩建形式的开挖方案的选择、施工过程中围岩和支护结构的力学特性以及既有衬砌结构和支护结构间的应力变化规律还需要进一步的研究。本文以楼山隧道扩建工程为背景,通过理论分析、数值模拟和监测数据相结合的方法,类比了楼山公路隧道扩建工程的开挖方案,并对楼山隧道扩建过程进行了动态施工分析。并且提出了新的施工方案,研究了新方案施工过程中既有衬砌和支护结构间的应力变化规律。主要研究内容和结论如下:⑴基于隧道顺接线路和周围环境影响分析,提出了楼山隧道应采用周围扩建形式进行扩建。⑵利用MIDAS/GTS建立有限元模型,对先两侧法、先中间法和先上部法三种不同开挖方案的围岩位移和支护结构内力进行对比分析,认为先上部法对围岩的控制效果更好,支护结构的受力特性更优。⑶基于拱顶沉降和边墙水平收敛实测数据对三维数值模拟的计算结果进行验证,结果表明计算值与实测值基本吻合,验证了数值模拟的正确性。⑷通过数值模拟方法对楼山隧道扩建施工过程中的围岩和支护结构的应力应变进行了分析,得到了地表沉降、拱顶仰拱竖向位移、边墙水平收敛的位移规律。基于扩建施工过程中支护结构和既有衬砌结构的应力、围岩的力学特征分析,认为隧道扩建过程中对靠近施工侧的既有衬砌结构是不利影响,而对远离施工侧的既有衬砌结构是有利影响。⑸基于实际方案与新方案的围岩位移的对比分析,认为新方案控制围岩变形效果要比实际方案更好。通过分析既有衬砌和支护结构间的应力变化规律,认为在整个扩建过程中,支护结构的受力逐渐增加,既有衬砌的受力逐渐减小。