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我国正处于交通基础设施工程建设快速发展时期，高地应力软弱围岩地质条件对隧道建设带来了极大困难，本文以蒙华铁路阳山隧道出口深埋老黄土段初期支护因围岩变形挤压发生严重的破坏现象为背景，推广至与深埋老黄土工程特性宏观相似的深埋软弱围岩隧道，对软弱围岩隧道变形规律、支护受力和破坏机理、隧道能量支护理论和能量型支护方法进行了系统研究，取得了以下主要研究成果：
(1)深埋老黄土隧道(双线)变形规律受围岩含水率影响大，在老黄土含水率低(约15%)、强度较高时，隧道的变形量小、收敛速度快、拱顶沉降大于水平收敛；在老黄土含水率增加(>20%)、强度弱化后，隧道最终变形量显著增加、持续时间长，水平收敛大于拱顶沉降，高含水率深埋老黄土隧道表现出的变形、破坏规律与挤压性软弱围岩大变形隧道规律相符；
(2)综合数值计算、实际对比、调研和统计，认为在无特殊情况下，深埋软弱围岩隧道的围岩形变压力、支护结构小偏心受压和受压破坏控制是普遍存在的大概率事件，在小偏心受压模式下，支护结构的破坏表现为混凝土表面劈裂剥落、内部斜向剪切破坏的“压-剪”控制破坏而非现有围岩压力计算理论下的“弯-拉”控制破坏；
(3)提出软弱围岩隧道施工中支护问题的关键在于处理好围岩压力与变形之间的关系，实质上是能量的问题，定义高能地质环境为赋存高弹性势能或高势能补给(相对于围岩无侧限受压极限储能能力)的地质环境，在高能地质环境中隧道开挖后围岩中产生剩余能量需要释放，可以采用能量消除、削弱、耗散、释放和转化、吸收的方法分别从能量补给、围岩和支护三个方面进行释放；
(4)建立了基于平面模型、静水压力场和理想弹塑性体下的隧道开挖支护能量平衡和转化方程，通过理论和数值计算，提出隧道开挖后围岩产生能量聚集，围岩系统能量的聚集与转化仅与围岩-支护特征曲线最终的平衡点相关，与支护路径无关，在高地应力软弱围岩隧道中，当围岩压力降至正常可支护的范围内时，围岩弹性应变能和塑性应变能的转化量远高于支护做功吸收的能量；
(5)提出软弱围岩峰后可利用。在高能地质环境中，隧道开挖后坚硬、完整性好的围岩易发生弹脆性的岩爆现象，围岩中产生的剩余能量通过岩体破碎、动力飞出和声发射等方式释放，此时需要支护结构具有高吸能能力来吸收动能；而软弱围岩易发生相对缓和延性破坏的大变形现象，围岩中剩余能量的释放主要依赖围岩自身的能量耗散，此时并不需要支护具有太高的吸能能力，而是需要支护具有高耗能能力，即允许和组织围岩充分发挥峰后承载和塑性变形性能以实现围岩自身能量耗散的能力；
(6)提出支护峰后可利用。主张软弱围岩隧道支护“以放为主、限量抵抗”，利用钢材优异的峰后承载能力和塑性变形能力，研发了“限制支护阻力阻尼器”(限阻器)，从变形和受力角度可有控制地允许围岩变形和压力释放，从能量角度满足充分耗散围岩中剩余能量的功能，实现了将传统刚性结构转变为耗能型支护，限阻耗能型支护应该要在满足提供最小支护阻力、充足变形能力的要求下达到施工综合成本最低；
(7)通过限阻器试验详细获取了限阻器的工作过程与性能，总结了限阻器关键技术指标，提出了基于试验数据的限阻器有限元数值计算方法，计算得到了限阻器性能参数和设计参数之间的关系公式和等值线图，并对钢板型限阻器的性能进行了优化，分别提出弧板型、圆管型和波纹管型限阻器，得到不同的初始峰值与恒阻值的关系类型，总结出3种类型的荷载-变形曲线，适用于不同的地质环境的施工方法，为限阻器及限阻耗能型支护的发展和应用打下了基础；
(8)通过将限阻器环向嵌入初期支护受力关键部位，设计出了限阻耗能型支护在阳山隧道出口深埋老黄土段进行现场施工和测试，结果表明限阻耗能型支护结构整体性有保证，限阻器取材容易，加工方便，成本低廉，施工简单易操作，不仅提高了支护结构的安全性而且降低了施工成本，极具工程实用价值，并在阳山隧道出口正洞、麻科义隧道、郑庄隧道、郭旗隧道相似地质条件段落得到了推广使用，在实践中逐步完善改进限阻器和耗能型支护的设计方法、施工方法和控制标准。
(1)深埋老黄土隧道(双线)变形规律受围岩含水率影响大，在老黄土含水率低(约15%)、强度较高时，隧道的变形量小、收敛速度快、拱顶沉降大于水平收敛；在老黄土含水率增加(>20%)、强度弱化后，隧道最终变形量显著增加、持续时间长，水平收敛大于拱顶沉降，高含水率深埋老黄土隧道表现出的变形、破坏规律与挤压性软弱围岩大变形隧道规律相符；
(2)综合数值计算、实际对比、调研和统计，认为在无特殊情况下，深埋软弱围岩隧道的围岩形变压力、支护结构小偏心受压和受压破坏控制是普遍存在的大概率事件，在小偏心受压模式下，支护结构的破坏表现为混凝土表面劈裂剥落、内部斜向剪切破坏的“压-剪”控制破坏而非现有围岩压力计算理论下的“弯-拉”控制破坏；
(3)提出软弱围岩隧道施工中支护问题的关键在于处理好围岩压力与变形之间的关系，实质上是能量的问题，定义高能地质环境为赋存高弹性势能或高势能补给(相对于围岩无侧限受压极限储能能力)的地质环境，在高能地质环境中隧道开挖后围岩中产生剩余能量需要释放，可以采用能量消除、削弱、耗散、释放和转化、吸收的方法分别从能量补给、围岩和支护三个方面进行释放；
(4)建立了基于平面模型、静水压力场和理想弹塑性体下的隧道开挖支护能量平衡和转化方程，通过理论和数值计算，提出隧道开挖后围岩产生能量聚集，围岩系统能量的聚集与转化仅与围岩-支护特征曲线最终的平衡点相关，与支护路径无关，在高地应力软弱围岩隧道中，当围岩压力降至正常可支护的范围内时，围岩弹性应变能和塑性应变能的转化量远高于支护做功吸收的能量；
(5)提出软弱围岩峰后可利用。在高能地质环境中，隧道开挖后坚硬、完整性好的围岩易发生弹脆性的岩爆现象，围岩中产生的剩余能量通过岩体破碎、动力飞出和声发射等方式释放，此时需要支护结构具有高吸能能力来吸收动能；而软弱围岩易发生相对缓和延性破坏的大变形现象，围岩中剩余能量的释放主要依赖围岩自身的能量耗散，此时并不需要支护具有太高的吸能能力，而是需要支护具有高耗能能力，即允许和组织围岩充分发挥峰后承载和塑性变形性能以实现围岩自身能量耗散的能力；
(6)提出支护峰后可利用。主张软弱围岩隧道支护“以放为主、限量抵抗”，利用钢材优异的峰后承载能力和塑性变形能力，研发了“限制支护阻力阻尼器”(限阻器)，从变形和受力角度可有控制地允许围岩变形和压力释放，从能量角度满足充分耗散围岩中剩余能量的功能，实现了将传统刚性结构转变为耗能型支护，限阻耗能型支护应该要在满足提供最小支护阻力、充足变形能力的要求下达到施工综合成本最低；
(7)通过限阻器试验详细获取了限阻器的工作过程与性能，总结了限阻器关键技术指标，提出了基于试验数据的限阻器有限元数值计算方法，计算得到了限阻器性能参数和设计参数之间的关系公式和等值线图，并对钢板型限阻器的性能进行了优化，分别提出弧板型、圆管型和波纹管型限阻器，得到不同的初始峰值与恒阻值的关系类型，总结出3种类型的荷载-变形曲线，适用于不同的地质环境的施工方法，为限阻器及限阻耗能型支护的发展和应用打下了基础；
(8)通过将限阻器环向嵌入初期支护受力关键部位，设计出了限阻耗能型支护在阳山隧道出口深埋老黄土段进行现场施工和测试，结果表明限阻耗能型支护结构整体性有保证，限阻器取材容易，加工方便，成本低廉，施工简单易操作，不仅提高了支护结构的安全性而且降低了施工成本，极具工程实用价值，并在阳山隧道出口正洞、麻科义隧道、郑庄隧道、郭旗隧道相似地质条件段落得到了推广使用，在实践中逐步完善改进限阻器和耗能型支护的设计方法、施工方法和控制标准。