快速发展的国民经济需要更高等级的公路与之相适应,这就可能出现单洞四车道超大跨公路隧道。而随着跨度增加,隧道工程的难度和风险也急剧增大。现行规范只能指导三车道及以下跨度隧道的设计与施工,对于超大跨隧道仍处于探索阶段。因此针对超大跨公路隧道开展系统研究,具有重要的理论价值与现实意义。本文采用数值模拟、室内模型试验、现场监测和可靠度理论等手段,依托韩家岭隧道现场实践,围绕超大跨公路隧道施工方案及稳定性开展了相关研究工作。对超大跨公路隧道断面型式进行比选,得出较为合理的隧道衬砌断面;据不同跨度公路隧道的数值模拟分析,得出超大跨隧道与常规断面隧道力学行为的区别;针对超大跨隧道不同施工方案的研究对比,给出较合理的施工方案。依据不同施工方案和循环进尺,对超大跨公路隧道进行三维数值模拟,揭示了围岩、支护衬砌结构在施工过程中力学行为的时间、空间效应,建立起开挖迹面与围岩稳定性的关系,给出了既保证安全,又经济快捷的有效开挖措施。对超大跨公路隧道的不同开挖方案进行室内模型试验,模拟了无支护状态下隧道开挖的围岩变形效应,得到各种工法的围岩位移变化规律和最终破坏模式,提出了有效的开挖及支护措施,并验证了数值分析的结论。开展了超大跨公路隧道现场监控量测研究,验证了设计提出的支护衬砌参数、施工开挖方案的正确性;验证了Ⅲ类围岩段锚杆长度的合理性,得出了锚杆轴向应变分布规律、锚杆最大应变位置和最大应力值。对现场隧道施工具有较大参考价值。隧道营运期间的安全性应当受到关注,考虑到各种因素的随机性,开展了超大跨公路隧道衬砌结构的可靠度分析,给出了各种不确定性因素对各截面内力值的相对重要性;揭示了影响隧道结构安全的最重要因素;计算分析了现场隧道结构的可靠指标。本文研究涵盖了超大跨公路隧道开挖力学行为的诸多方面,包括:结构方案比选、开挖力学行为模拟、开挖迹面对稳定性的影响、室内模型试验、现场监测和可靠度分析等,工作较系统且全面,可为超大跨隧道设计与现场施工提供可靠的技术保证,对类似超大跨隧道工程也有借鉴意义。