随着中国城市基础设施建设的迅猛发展，城市隧道工程作为城市道路交通网的重要组成部分，已成为缓解城市交通压力和利用城市地下空间的重要途径之一。城市浅埋暗挖隧道建设过程中往往伴随着一系列的工程难题，当在填海区地层中进行浅埋暗挖隧道的修建时出现了地层大变形的问题，如何保障隧道工程的顺利进行和周边环境安全十分重要。进行填海区隧道开挖地层大变形机理的研究具有重要的理论价值和实践意义。
　　本文依托厦门海沧海底隧道陆域段工程进行研究，通过地质调查、现场监控量测、理论分析、数值模拟、模型试验等方法对填海区隧道开挖大变形问题进行系统研究，揭示了填海区浅埋暗挖隧道围岩大变形机理。主要研究内容及结论如下:(1)通过现场监控量测及数据分析，总结了填海区大断面浅埋暗挖隧道地层变形的典型特征，分析了隧道开挖后地层大变形的影响因素，基于随机介质理论推导了填海区富水复合地层暗挖三心圆断面隧道施工引起地表沉降的计算公式，并提出了考虑富水土.岩复合地层及隧道断面几何特征影响的地表沉降主要影响角的修正形式，推导了填海区复合地层由于开挖失水固结沉降产生的地表沉降计算公式。
　　(2)开发了数值模拟建模辅助软件，开展了多种工况下的填海区浅埋暗挖隧道开挖数值模拟。通过对不同工况条件下数值计算结果的对比分析可以发现，围岩应力释放地下水渗流作用是填海区隧道产生大变形的关键因素，考虑地下水渗流作用时围岩最大竖向位移为234.8mm，比不考虑地下水渗流时增大了约45.2％。拱项围岩主要的应力释放集中在中导洞上台阶开挖过程中，同时，在此阶段拱顶围岩孔隙水压力几乎完全消散，应力的释放和孔隙水压力的消散引起地层变形加剧，并向上传递至地表引起明显的地表沉降。此外，还分别研究了爆破振动荷载及地表行车动荷载对填海区隧道围岩稳定性的影响，研究发现地表行车动荷载的主要影响范围在地表以下10m以内，地表行车荷载对地表变形有较大影响，地表沉降大小及沉降槽宽度均有所增加。
　　(3)研制了填海区浅埋暗挖隧道地质力学模型试验复合地层的相似材料，分别确定了填海区回填土层、强风化花岗岩、微风化花岗岩三种相似材料的骨料、胶结材料及调节剂，进行了填海区地层三种相似材料的正交试验研究，分别对三种类型相似材料的物理力学参数进行了敏感性分析，定性分析了各项参数的主要影响因素及其规律，确定了可以模拟填海区杂填土层、强风化花岗岩、微风化花岗岩的相似材料的配比方案。
　　(4)研发了填海区隧道地质力学模型试验系统，还原了填海区隧道双侧壁导坑法动态施工过程，揭示了填海区隧道施工过程围岩应力场、位移场、渗流场的演化规律。各施工阶段中，中导洞上台阶的开挖对拱顶位移和地表沉降影响最大，中导洞下台阶的开挖对地表沉降的影响最小。拱顶的围岩应力状态可以分为匀速释放、急剧释放、基本稳定三个阶段。随着隧道各分断面的开挖，拱顶围岩的孔隙水压力在不同施工阶段呈现出不同程度的阶梯状耗散，中导洞上台阶开挖后洞周孔隙水压力几乎完全消散，拱顶竖向变形的变化速率、围岩应力释放速率和渗压的耗散速率三者之间密切相关。
　　(5)揭示了填海区浅埋暗挖隧道大变形机理，填海区特殊的岩土体性质、水文条件是驱动填海区浅埋暗挖隧道围岩大变形孕育发生的基础条件和根本原因，由于开挖产生的应力释放和地层失水固结则直接造成了填海区浅埋暗挖隧道大变形的形成，爆破施工扰动和地表行车动荷载扰动是造成围岩大变形的次要因素。