随着高速铁路建设速度的不断加快以及地下空间开发力度的加大,新建铁路隧道穿越高速公路的情况日益增多。施工中如何控制既有高速公路沉降及保证隧道结构稳定性,是亟待解决的问题,因此研究下穿高速公路隧道施工稳定性及支护结构监测具有非常重要的现实意义。论文以处于强风化层状页岩地层中的大顶山下穿高速公路隧道为工程背景,采用数值模拟和现场监测相结合的方法进行研究。该隧道开挖面积达到195m2,设计采用由双层φ159mm大管棚加φ42mm小导管的超前支护,及双层初期支护、二次衬砌组成的复合式支护体系。从设计的支护结构出发,考虑了不同施工工法、临时支护曲率半径对隧道施工稳定性的影响；研究了不同超前支护形式对隧道施工稳定性的影响。建立三维数值模型,进行了隧道施工过程稳定性分析；采用光纤光栅传感器,对试验段支护结构内力进行监测。研究表明,在强风化层状页岩地层及双层φ159mm大管棚超前支护下,CD法施工是可行而且合理的。在该类地层中,超前支护选择的优先顺序依次为双层大管棚、单层大管棚、超前锚杆,但单层大管棚支护、超前锚杆支护均能满足施工控制要求。CD工法施工时,地层位移、支护结构内力均随着临时支护曲率半径的增大表现为先减小后增大,在r=30m(即临时支护两侧开挖面积相等时)达到最小。CD法施工时,中隔壁水平位移达到9.07mm,施工中需特别注意；拆除临时支护是施工关键步序,拆撑过程中能合理控制沉降变化速度的拆撑间距为5m-10m。通过对实测型钢拱架应力的分析,第一层初衬最大压应力为2.18MPa,小于初衬弯曲抗压强度,认为初衬结构满足承载力要求。