随着国民经济的不断增长，交通运输需求的日益提高，针对原有路桥修建的双向四车道隧道已不能满足交通运输的需求。在国内一些大中型城市里，拥堵的交通运输问题日益严峻，隧道改扩建技术探讨已成为岩土工程领域新起的研究课题。本文根据已完工的重庆机场路渝州隧道改扩建工程的技术资料，对城市大跨度、小净距隧道的改扩建工程施工方法、围岩和支护结构力学特性进行了施工力学分析，主要研究内容和结论如下：①综合分析渝州隧道自然地理条件、交通需求和近接施工影响因素，指出重庆机场路渝州隧道改扩建工程选择隧道原位扩建中单侧扩建型式的必要性。②根据渝州隧道的水文、地质情况，结合地勘报告、公路隧道设计规范和已有工程经验，选取合理的围岩物理力学参数，并利用MIDAS/GTS有限元分析软件进行了三维数值模拟。对比渝州隧道改扩建工程的监测资料和有限元三维数值模拟结果，论证了渝州隧道原位扩建工程进行数值模拟时采用MIDAS/GTS有限元分析软件的可行性。③本文从11个监测段模型中，选取四个具有代表性监测段模型中的测点断面进行施工力学性能分析，并总结近十年围岩稳定性的判别方法，选取了较为成熟的屈服接近度指标。根据围岩竖向位移、围岩等效应力、屈服接近度、各种主、剪应力及锚杆的最大轴应力等力学指标，指出隧道扩挖过程中的围岩和初期支护的力学特点。同时，在隧道扩挖施工中随施工步的进行得出围岩稳定、喷射混凝土设计参数经济、合理和锚杆长度可进行优化设计的结论。④本文对四个具有代表性的监测段建立不同锚杆长度下的三维有限元模型，并进行了锚杆长度优化分析。通过分析在不同锚杆长度下，围岩位移、应力、屈服接近度和锚杆本身应力的特征，得到了渝州隧道锚杆长度设计偏于保守，其优化长度为3.0m的结论。⑤从对既有隧道结构体系破坏程度的角度，根据现有城市大跨小净距隧道改扩建的施工方案和已有的研究结果，对IV级和V级围岩条件下，采用台阶法、层层剥离法和回填法进行隧道扩挖施工进行了二维数值模拟。由于回填法对既有隧道结构体系破坏程度最小，故其模拟结果表现出了良好的施工力学性能。综合现有施工技术和力学特性，得到了IV级围岩条件下隧道扩建施工宜采用台阶法，V级围岩条件下隧道扩建施工宜采用回填法的结论。