近年来,随着我国交通需求不断激增,许多既有的公路隧道已经不能满足交通量的需求,隧道改扩建已经成为缓解交通通行能力不足的一个重要工程措施。然而,目前针对将既有浅埋隧道作为中导洞改扩建为大跨径双连拱隧道的研究较少。本文以广西荆垭隧道改扩建工程为依托,利用模型试验和三维数值模拟,对浅埋既有隧道作为中导洞改扩建为大跨径双连拱隧道的受力与变形规律进行了研究。通过所设计的室内模型试验,对改扩建工程中的地表沉降、围岩应力、中隔墙和衬砌应力应变进行了研究,归纳总结了改扩建施工过程中中隔墙和衬砌结构的应力与应变变化规律。研究表明:后行洞开挖引起的地表沉降更大,但地表沉降最大值在先行洞一侧;开挖后行洞对中隔墙和先行洞支护结构的应力和应变有显著影响,中隔墙呈现出向后行洞一侧偏压;由于多次开挖对中隔墙上方围岩的扰动较严重,使得后行洞初支靠近中隔墙一侧的拱肩处应力最大。采用三维数值模拟的方法,研究了在浅埋既有隧道作为中导洞改扩建为双连拱隧道的动态施工过程中,左、右洞支护结构的受力和变形传导机制以及不同开挖间距对隧道结构力学行为的影响。研究表明:在先行洞与后行洞的开挖掘进过程中,先行洞支护结构的变形存在一个反复变化的过程;左、右洞开挖掘进对距掌子面后方1倍单洞跨径内围岩的稳定性和中隔墙及支护结构的受力和变形影响显著;当先行洞与后行洞开挖间距大于2倍单洞跨径时,开挖间距对改扩建双连拱隧道的受力和变形影响较小。本文的研究成果不仅为荆垭隧道改扩建工程提供了指导性的意见,也可为以后的隧道改扩建工程提供重要参考。