随着大量高层、超高层建筑以及地下工程的不断涌现,对基坑工程的要求越来越高,出现的问题也越来越多,这就促使工程技术人员以新的眼光去审视基坑工程这一古老课题。本论文以武广客运专线上的金沙洲隧道明挖段基坑为工程实例,分别采用工程类比、数值仿真、理论分析等手段,对长大深基坑支护结构及施工方法进行了优化研究,推导了空间效应的简化计算方法,并对其主要影响因素进行了敏感性分析。主要研究内容有:(1)在广泛文献调研及类似工程分析的基础上,对目前长大深基坑工程所采用的主要计算分析方法的特点与适用性进行了具体研究,总结了类似条件下,基坑支护各参数的可行域,从工程类比的角度给出了初步优化目标。(2)采用弹性地基杆系有限元法对金沙洲隧道的原设计方案进行了计算和分析,得出原设计相对保守,具有较大优化空间的结论。(3)逐次建立了支护结构优化设计多目标函数,初步确定了支护参数的最优量值;并通过理论探讨、施工组织及对环境的影响分析了三种可行施工方案的优缺点;首次提出了充分利用施工空间效应的“滚动式”施工方法及支护参数。(4)以某既有的工程实测数据为依据,进行了多种计算程序的对比研究,确定了与实测值最为吻合的计算程序。据此对优化设计进行了详细的平面非线性分析,得出了支护结构、土体在各施工阶段的受力与变形规律,并对基坑的稳定性进行了初步判断。(5)进一步建立空间三维模型,深入了解了基坑施工过程中,支护结构、土体的应力、应变性态及其空间分布状况,并对基坑的安全性进行了进一步的判定。(6)基于相关联流动法则及塑性上限理论,以纯剪型、拉裂—剪切型两种三维破坏模式为基础,引入了等代内摩擦角的概念,首次推导了粘性土条件下长大深基坑空间效应的简化计算方法,给出了计算公式及算例分析,结果表明计算可靠,可作为类似工程的设计参考。最后,对长大深基坑空间效应的主要影响因素(基坑尺寸、冠梁及围檩刚度和地质条件)进行了敏感性分析,得出了相关变化规律,并在对空间效应系数统计的基础上,提出了三维状态时各物理量的计算经验公式。