与常规断面隧道相比,超大断面隧道在施工时,开挖步序繁多且单次开挖扰动程度更大,导致围岩稳定性更差,荷载释放周期更长且量值大,对支护结构需求程度更高。因此,科学的支护系统和合理的施工工法是该类隧道施工安全性的控制要点。京张高铁新八达岭隧道作为2022年北京冬奥会的配套工程,具有断面面积大（最大单洞开挖面积494.4m2）且围岩条件差等特点。依托该工程,针对超大断面隧道围岩施工力学响应特征及变形控制等问题,采用统计分析、数值模拟、理论分析和现场实测等综合手段,揭示了超大断面隧道围岩压力时空分布规律,提出了超大断面隧道围岩压力的计算方法,分析了超大断面隧道管棚的加固机理,明确了超大断面隧道锚固体系协同作用的时空演化机制,提出了大断面隧道施工工序优化方法,主要工作内容和成果如下:（1）提出了超大断面隧道围岩压力的计算方法,揭示了围岩破坏的演化特性。通过对我国130座超大断面隧道共计242个断面的实测数据的统计分析,阐明了超大断面隧道围岩压力分布规律和演化特性,明确了超大断面隧道围岩压力在时间上呈现“急剧增长-缓慢增长…急剧增长-缓慢增长-逐渐稳定”的复合增长特性,此性质与围岩物理力学性质无关,而是由多个施工步开挖效应的相互叠加造成,围岩压力在空间上则呈现出拱顶>拱肩>拱腰的分布趋势。以超大断面隧道围岩压力统计数据为样本,提出围岩压力经验公式,与既有围岩压力计算方法相比,本文方法更为准确。分别从宏观围岩变形和细观围岩损伤的角度描述了松动圈演化过程,揭示了超大断面隧道围岩破坏的演化特性,指出隧道上部开挖是松动圈形成的关键阶段,建立了洞周收敛与松动圈范围的量化关系,指出松动圈发展可通过围岩变形进行控制。（2）建立了超大断面隧道管棚作用机理模型,阐明了管棚的地层加固效果。考虑初期支护的延滞效应、掌子面前方岩土体变基床系数以及荷载的空间分布特性,建立了管棚与围岩相互作用的Pasternak双参弹性地基梁模型,以变形控制为指标明确了管棚作用机理,揭示了管棚挠度随其设计参数及隧道施工参数的变化规律。指出目前实际工程中常用的108mm和159mm管棚的加固效果最为理想,继续增大直径则不具有工程实际意义。计算分析表明,开挖进尺和开挖高度增加均会增大掌子面潜在塌方风险。通过现场试验研究了管棚在浅埋超大断面黄土隧道施工过程中的地层加固效果,指出管棚对拱顶沉降的控制效果相较于水平收敛更为显著,管棚可遏制变形向周边地层的传递,并缩短地层稳定时间。（3）提出了超大断面隧道锚固体系协同优化设计方法,明确了锚索的安全储备作用。基于开挖面空间效应,考虑了锚固时机及锚杆与围岩结构的空间位态关系,建立了锚杆与围岩相互作用分析模型。分析了锚杆长度、支护时机等参数对于围岩变形控制效果的影响,指出锚杆应尽可能在围岩塑性区出现之前完成安装,当锚杆对围岩变形控制效果不足时需采用锚索协同承载。考虑锚杆与锚索支护时机的相对滞后性与锚固范围的差异,以及锚固体系作用范围与围岩塑性区相对位置的关系,建立了锚杆与锚索的协同作用机理模型,揭示了锚固系统与围岩相互作用的时空演化机制,阐明了隧道锚固体系的变形控制原理,指出锚固体系的主要作用为通过等效支护力和加固圈效应改善围岩受力状态,从而控制开挖面后方围岩急剧变形量,其变形控制效果主要由锚杆决定,由此明确了锚索的安全储备作用。（4）提出了超大断面隧道施工工法优化方法,成功应用于京张高铁新八达岭隧道大跨过渡段。利用有限差分软件分别对三台阶七步法、双侧壁导坑法、预留核心土法、预留中岩柱法、半步CD法施工过程中的围岩和支护结构力学响应进行研究,以洞周收敛、初期支护受力和围岩塑性区范围为评价指标,进行了工法比选和参数优化。提出了最优施工工法,将该工法应用于新八达岭隧道大跨过渡段,对围岩变形和支护结构受力进行施工全过程监测,最终洞周收敛控制在30mm内,松动圈范围最大仅为8.1m,验证了该工法对围岩工程响应的良好控制效果。通过对支护体系受力状态的分析,指出当前锚索设计密度可适当降低,从而最大化锚杆与锚索性能利用率。