隧道开挖与围岩支护方法一直是隧道工程的关键核心问题,新奥法以其独特的优势在隧道支护体系中应用了近一个世纪,锚杆与混凝土在隧道围岩支护上起到非常重要的作用。系统锚杆在隧道围岩支护中大量采用,耗费大量成本和时间,近年来,针对隧道III级与Ⅳ级隧道围岩,是否使用系统锚杆及使用方式上,学术界一直有不同的看法和争议。以北京冬奥会重点工程——延崇高速公路龙泉口特长隧道为例,针对隧道III级与Ⅳ级围岩,采用块体离散元数值计算方法,对龙泉口特长隧道不同等级围岩进行系统锚杆使用及使用方式进行数值模拟,对围岩锚杆支护方式进行优化设计,结合隧道围岩监控量测,验证了系统锚杆使用方式的优化效果。主要研究内容如下:(1)针对龙泉口特长隧道Ⅲ级围岩全断面开挖工法,采用3DEC块体离散元数值模拟软件对系统锚杆进行了优化设计。选取了包括原设计方案、拱部布置系统锚杆、边墙布置系统锚杆、无系统锚杆四种不同的布置方案,综合比较了四种工况下,隧道的拱部沉降位移、拱腰收敛位移、系统锚杆轴力、围岩应力、混凝土受力、塑性区范围情况。结果表明取消系统锚杆的使用后,隧道整体稳定性并没有发生明显的变化,因此建议在龙泉口特长隧道Ⅲ级围岩段落可取消系统锚杆的使用。(2)对龙泉口特长隧道Ⅳ级围岩上下台阶法工法,采用3DEC块体离散元数值模拟软件对系统锚杆的布置方式进行了优化设计。(1)系统锚杆布置方案模拟优化。选取了包括原设计方案、仅保留与结构面夹角较大的系统锚杆、无系统锚杆三种不同的布置方案,综合比较了三种工况下,隧道拱顶沉降位移、拱腰收敛位移、系统锚杆轴力、围岩的应力、混凝土受力等情况。结果表明取消部分与结构面夹角较小的锚杆、仅保留与结构面夹角较大的锚杆,对隧道整体稳定性影响较小。(2)锁脚锚杆设计方案优化模拟。为了追求最佳支护效果,选择了不同锁脚锚杆插入角度(0°、15°、30°、45°)和不同锚杆长度(3.5m、4.5m、5.5m)两两组合,共计十二种工况。综合对比拱顶的沉降位移、拱腰的收敛位移、锁脚锚杆的轴力情况。结果表明锁脚锚杆最佳插入角度为15°,长度为4.5m最佳。(3)优化方案通过现场施工应用,结合隧道围岩监控量测,优化段隧道围岩在施工过程中稳定,未出现施工事故与施工灾害,验证了系统锚杆使用方式的优化效果。为龙泉口特长隧道节省工期近十天,节省成本数万元。通过对龙泉口特长隧道锚杆参数支护优化分析,望对今后的隧道工程中的锚杆支护研究提供相关参考。