21世纪是地下空间资源大开发的世纪,隧道作为地下空间利用的基本形式,在铁路、公路、轨道交通等领域发挥着重要的作用。随着我国经济建设可持续发展战略的实施,隧道及地下工程凭借其节约能源及保护环境的优点,成为交通建设领域的先锋。截至2018年底,我国运营的交通隧道总数达30776座,总长30611公里,其中公路隧道17738座,里程达17236公里,是2002年的24.4倍,以平均每年700km左右的速度增长。目前,我国已成为世界上隧道工程建设规模最大、数量最多、修建速度最快的国家。随着人们生活节奏的加快和科学技术的进步,对安全、舒适、快速、方便、经济的公路运输方式的需求日益增加。从实施可持续发展战略出发,越来越多的单洞三车道、四车道隧道应运而生,国内超大断面、超大跨度公路隧道的建设步入新的发展纪元。2006年,深圳南坪雅宝隧道的贯通,宣告了我国第一条双洞八车道超大跨度隧道的诞生。随后,广州、深圳等大城市陆续修建了八车道超大跨度公路隧道。与双洞四车道和六车道隧道相比,双洞八车道隧道断面更大,形状更为扁平,围岩和支护体系的应力集中现象更为严重,隧道稳定性相对更差。目前,国内外在超大跨度隧道修建技术方面取得了一定的进展,但总体来讲,超大跨度公路隧道设计、施工与防灾减灾水平仍有待提高,尤其在复杂城区环境下大跨度公路隧道群的建设方面尚未有成熟、可借鉴的经验。本文针对超大跨度水平层状围岩隧道施工力学行为空间演化规律、小净距段中夹岩墙稳定性、围岩变形控制技术等难题,依托济南绕城高速、京沪高速济南连接线隧道群工程,采用现场试验、室内试验、理论分析、数值仿真及模型试验等方法,提出了水平层状岩体力学参数确定方法,深入研究了大跨隧道层状围岩施工力学响应机制,并对施工工法及施工参数进行了优化研究,提出了超大跨度小净距隧道近接施工影响分区,形成了超大跨度水平层状围岩隧道变形控制技术,取得了一系列具有理论价值和工程意义的研究成果,主要包括:(1)基于室内试验,分析了水平层状灰岩横纹、竖纹岩样破坏形态,揭示了层状灰岩水平、竖直两向物理力学参数的各向异性特征,开展了层状岩体部分力学参数隧道现场原位测试试验,结合加载过程数值模拟分析,优化了原位测试方法并提高了测试精度;采用经验公式法进行了层状岩体横向力学参数估算,基于估算结果与原位实测数据,开展了层状岩体两向参数数值反演,得到了水平层状围岩力学参数确定方法,为后续研究提供了水平层状围岩力学参数基础。(2)对不同围岩级采用全断面法、台阶法、CD法、半CD法及CRD法等开挖方法下隧道围岩变形、支护结构受力及塑性区分布特征进行了对比分析,确定了不同围岩级别合理的开挖方法:Ⅲ级围岩隧道支护结构应力趋于稳定时间较短,有利于隧道围岩稳定;Ⅳ级围岩在浅埋条件下宜采用半CD法施工,深埋段可采用2台阶法以便加快施工进度,但施工中应适当加强拱部支护参数;洞身V级围岩区段,可采用CRD法施工;当围岩条件相对较好且无地下水的条件下,可考虑采用CD法施工,以便加快施工进度,但须做好系统锚杆以确保两侧壁围岩稳定。(3)提出了求解双洞隧道中夹岩墙塑性区范围的计算模型,最终得到了中夹岩墙稳定性判别过程和步骤。建立了基于安全度分析的超大跨度小净距隧道施工近接程度分区,通过数值计算和模型试验手段,对超大跨度小净距隧道围岩及中夹岩墙的变形特性和应力状态进行了研究,揭示了超大跨度水平层状围岩隧道施工过程围岩变形规律和超载破坏规律,分析了爆破扰动作用下水平层状围岩小净距隧道中夹岩墙稳定性,为相关类似超大跨度隧道工程的设计及施工提供借鉴。(4)开展了超大跨度隧道围岩变形控制技术研究,提出了超大跨度水平层状围岩隧道施工过程围岩变形管理基准,分析了隧道横通道开口施工力学效应,形成了横通道开口围岩稳定性控制措施、相关支护参数和支护方案,对提高施工质量及进度,确保施工安全,保证隧道的顺利贯通具有一定的指导意义。