随着广州地铁建设的不断发展，对灰岩区的工程特性及其水岩相互作用机理、隧道围岩—支护体系的稳定性研究以及桩基础的设计施工监测也日显重要。本文首先结合广州地铁五号线及六号线经过灰岩区的设计施工，对广州地区区域地质及灰岩的成因分布进行了探讨，分析了不同成因的灰岩的物理力学性质及工程特性并作了对比研究，得出不同成因环境下的灰岩工程特性具有差异。其次对广州地区灰岩区的水文地质特征进行了论述并在此基础上探讨了水岩相互作用机理，分析了灰岩区地下水化学腐蚀作用下的损伤和演化，以岩溶学、水文地球化学、水文地球化学动力学的基本原理推导初始损伤灰岩体(包括裂隙岩体)化学损伤的演化方程，并分析了压剪及拉剪应力状态下力学损伤演化方程，给出了灰岩体水化—力学损伤耦合作用的演化方程，表明灰岩体隧道开挖不同于一般岩石体隧道开挖损伤演化过程，由于水化学损伤使得灰岩体隧道开挖后围岩的损伤演化发展更快。随后阐述了灰岩区隧道结构体系的形成及相互关系，认为隧道工程是由围岩和支护结构组成的结构体系，其形成是一个力学特性不断改变的动态过程。分析了灰岩区隧道开挖前对于岩体稳定性作用较为显著的的初始应力场。研究了隧道开挖形成后的围岩力学状态及对隧道进行支护后的应力状态。探讨了隧道结构稳定性的判定原理。并探讨了利用有限元数值计算方法模拟的基本假设及本构模型，为地铁隧道设计、施工的计算提供参考。最后系统的探讨了广州地区灰岩区尤其是岩溶发育区域桩基的设计方法、持力层的稳定性计算、施工方法及桩基质量的检测，为地铁高架穿越灰岩区的工程设计和施工提供借鉴。