近年来,随着我国高速铁路工程不断向西南山区发展延伸,隧线比越来越高,隧道成为高速铁路中的重要组成,同时遭遇的地质更为纷繁复杂。其中,我国西南山区分布有范围较广的喀斯特地貌,由此产生的地质溶洞更是数不胜数,当隧道工程穿越溶洞时,因其处置难度高、施工风险大、施工周期长而成为工程建设中的一大难题,尤其是当工程穿越地质条件极其复杂的巨型溶洞时,尚无较多成熟设计和施工经验可以借鉴。因此有必要对隧道穿越巨型溶洞工程进行相应的研究。本文依托成贵高速铁路玉京山隧道穿越巨型溶洞工程,综合运用文献调研、理论研究分析、室内模型试验、现场监控量测以及数值模拟分析等方法,详细研究了隧道穿越巨型溶洞隧道结构力学行为以及高填方回填体沉降规律,论文研究成果及结论如下:（1）结合玉京山超大隧道穿越巨型溶洞工程概况,在建设各方对隧道穿越溶洞处置方案研究的基础上,从线路改移、原位处置两大方向入手,对综合处置方案进行了梳理比较,确定了隧道在穿越巨型溶洞采用“桥梁跨越+回填溶洞+隧道暗挖”的综合处置方案。（2）通过MIDAS、FLAC3D有限差分软件进行玉京山隧道穿越溶洞段施工模拟,得到了A、B型超大断面衬砌的隧道位移、初支结构内力、二衬应力以及二衬结构内力数据,得到了相应的力学特性和演变规律,验证了隧道设计和施工方案的可行性。（3）利用离心模型试验技术进行室内试验,对隧道穿越溶洞段高填方回填体沉降规律进行研究,设计了底部软土均匀、底部软土不均匀等4组工况,对比分析了不同软土层厚度以及不同软土层坡度下回填体变形趋势,得到了高填方回填体沉降变形规律。（4）通过数值模拟隧道工后沉降及内力状态,提出了隧道基底沉降及不均匀沉降控制指标。针对隧道穿越巨型溶洞高填方回填体,总结了相应的沉降控制技术,并对隧底运营期沉降进行了现场监控量测,得到了隧道运营期隧底沉降变化规律,在此基础上建立回归分析模型,对隧底沉降发展进行了预测。为隧道运营期维护提供指导,同时验证了施工设计方案的有效性。