隧道施工时，岩体由于受到开挖的扰动影响，围岩应力会发生重分布从而产生围岩松动圈，由于松动圈内岩体强度下降、裂隙增多、稳定性变差、易发生塑性滑移，将对施工安全产生隐患，因此准确确定隧道围岩松动圈厚度对保障隧道施工安全、优化支护结构参数具有重要意义。
　　本文通过理论分析、数值模拟、室内试验和现场实测相结合的方法，对隧道围岩松动圈的确定方法进行了研究，并依托宝汉高速石门隧道进行了分析测试和印证。论文主要工作如下：
　　(1)在Hoek-Brown强度准则围岩应力分析的基础上，推导了松动圈半径计算公式，并分析了在应用于围岩松动圈弹塑性理论计算时，Mohr-Coulomb强度准则和Hoek-Brown强度准则中存在的不足：考虑中间主应力对岩体强度的影响，在广义Hoek-Brown破坏准则中通过洛德参数μσ引入中间主应力修正了Hoek-Brown强度准则，在此基础上新建立了考虑中间主应力的修正Hoek-Brown强度准则下的围岩松动圈半径理论计算公式。分别采用Hoek-Brown强度准则和考虑中间主应力的修正Hoek-Brown强度准则，计算了三车道公路隧道各级围岩松动圈的半径，计算结果表明考虑中间主应力会使岩体强度增大，岩体破坏更加困难，进而使松动圈范围变小，并得到了中间主应力、支护阻力和埋深对松动圈范围的影响规律。
　　(2)提出了以围岩拉应变达到岩体极限拉应变，围岩开始产生松动圈作为初期支护最佳施作时机的基于松动圈理论的隧道初期支护施作时机确定理论。运用Midas GTS数值计算软件分别计算了Ⅲ级、Ⅳ级和Ⅴ级围岩应力释放各个阶段的围岩关键点位移、应力、拉应变及松动圈厚度，得到随着应力释放系数的增大，围岩拱顶下沉值不断增加，拉应变不断增加；而压应力拱部呈递减趋势，边墙部呈递增趋势；根据隧道围岩松动圈的产生及发展规律，确定了Ⅲ级、Ⅳ级、Ⅴ级围岩在围岩应力分别释放到60%、40%、20%时，施作初期支护最佳。
　　(3)提出破碎岩石完整性系数R和松动圈完整性系数Lv的概念，量化围岩松动圈的岩体破碎状态，并假定在隧道开挖中Rv≈Lv，提出了基于完整性系数的围岩松动圈的准则，并结合室内试验和现场测试制定了声波法围岩松动圈测试方法。
　　(4)论文最后以宝汉高速石门隧道为工程背景，研究围岩松动圈确定方法的工程应用，最终确定了Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级围岩松动圈厚度分别为：0.50～0.85m、0.81～1.59m、1.48～2.18m；以此为依据在施工中将Ⅲ级围岩锚杆长度由3.0m优化为2.0m，Ⅳ级围岩锚杆长度由3.5m优化为2.5m，Ⅴ级围岩锚杆长度由4.0m优化为3.0m，并在Ⅲ级、Ⅳ级和Ⅴ级围岩应力释放分别达60%、40%和20%时施作初期支护；通过对施工优化段的监控量测表明，优化后的支护参数既满足安全施工的要求，又可大幅节约建设成本。