对于单洞四车道公路隧道，现行公路隧道设计规范和施工技术规范还有许多问题没有涉及到。因此，针对单洞四车道超大断面公路隧道的设计和施工问题进行全面研究，具有重要意义。本文针对单洞四车道超大断面公路隧道断面扁平率及施工方法优选问题，进行了如下研究：（1）基于有限元数值模拟方法及多目标优化层次分析法，对超大断面公路隧道进行了数值模拟分析，得到了优化隧道扁平率时各指标因素的数据值，然后运用层次分析法，并兼顾隧道的经济性指标，对Ⅰ～Ⅴ级围岩条件下不同的扁平率进行优化选取，最终得到Ⅰ～Ⅴ级围岩分别对应的合理扁平率。（2）结合Ⅰ～Ⅴ级围岩超大断面隧道最优的扁平率，采用数值模拟方法对单洞四车道超大断面公路隧道所采用的不同施工方法进行数值模拟分析，得到了采用不同施工方法开挖时，超大断面隧道的受力情况。再综合考虑隧道受力情况、每延米隧道造价和每延米隧道施工时间三种指标，运用熵权法对Ⅰ～Ⅴ级围岩超大断面隧道所采用的施工方法进行优化选取，最终得到了Ⅰ～Ⅴ级围岩超大断面隧道施工时，应采用的合理施工方法，也为今后超大断面隧道施工方案选取提供参考依据。