近年来,随着我国隧道工程建设的快速发展,国内涌现出一大批超大断面隧道。其中,对于开挖面积在140m~2～250 m~2的超大断面隧道,其修建技术已愈加成熟。但对于开挖面积达428.5 m~2的超大断面隧道,相关设计理论和施工经验不足,可供借鉴参考的工程案例较少。此外,该开挖面积隧道的设计和施工标准在我国现有公路隧道设计规范中还未有明确规定。因此,加强对此类超大断面隧道施工力学行为的研究具有重大意义。本文以深圳市东部过境高速公路莲塘隧道超大断面段隧道为工程依托,通过理论分析、数值模拟和现场监测三种方法,对超大断面公路隧道的围岩松散压力、施工工法和支护参数进行了研究,主要研究内容及成果如下:(1)归纳总结了现有隧道围岩松散压力计算理论和压力拱形成理论,采用数值模拟的方法,从压力拱的角度入手,进一步研究了超大断面隧道开挖后围岩应力变化特征及不同影响因素对压力拱范围的影响,并基于压力拱概念,回归拟合得出了适用于Ⅲ、Ⅳ级围岩条件下深埋超大断面隧道围岩松散压力的计算公式。(2)通过建立超大断面隧道三维数值模型,首先对不同围岩级别和不同断面尺寸隧道采用全断面法开挖后围岩变形与力学特征进行了研究,探讨了全断面法在该工程背景下的可行性,并得出该工程背景下最大跨段隧道不适合采用全断面法开挖。其次,通过分析隧道开挖后围岩与支护结构受力情况,对双侧壁导坑法和交叉中隔壁法这两种常用大断面开挖工法进行了比选,在综合考虑围岩变形与受力、施工速度和建设成本后,建议莲塘隧道最大断面段隧道采用交叉中隔壁法开挖。(3)在莲塘隧道最大跨段开展了现场监测试验。通过对隧道开挖后拱顶及两腰的变形、围岩与初支间接触压力和钢拱架应力监测结果的分析,发现现场监测结果和数值模拟结果有较好的吻合性,从而说明了数值模拟的合理性,表明数值计算结果可为实际施工提供参考。(4)采用正交试验与数值模拟相结合的方法进一步对超大断面段隧道的支护参数进行了优化研究。确定了不同评价指标下,各支护参数对评价指标的影响主次顺序。根据正交试验结果,建议莲塘隧道最大跨段初支较优组合方案为初支混凝土厚度取33cm,钢拱架间距取1m,钢拱架型号取I20a。