随着我国经济的快速发展,国家对公路交通等基础设施的投资也越来越多,公路隧道也得到了更加广泛的应用,修建规模也越来越大。由于隧道断面大,特大断面隧道所承受的荷载较为复杂,力学特性与一般隧道有所不同。此外,大断面隧道的施工对邻近建筑的影响也较大,因而特大断面城市公路隧道施工过程中的隧道变形与沉降控制尤为重要。同时,对于变截面隧道而言,受截面变化的影响,其支护结构力学特性与变形规律也更为复杂。本文依托火凤山隧道工程,通过文献调研、现场监测、模型试验和数值模拟相结合的方法针对特大断面城市公路隧道支护结构力学特性开展了研究,分析了隧道施工对建筑的影响。并根据数值计算结果,进一步对特大断面段与变截面段的施工方法进行了优化。主要研究工作及结论如下:（1）采用现场监测的方法分别对17m特大断面段与21m特大断面段的隧道变形、围岩压力及钢拱架内力进行了监测。监测结果表明特大断面隧道竖向相对变形值较净空收敛相对变形值更大,约相差3-5倍。同时,特大断面隧道围岩压力与钢拱架轴力呈现上部大下部小的分布规律,且拱腰处钢拱架内力值相对较大。（2）采用模型试验的方法开展了特大断面段隧道支护结构力学特性研究,并建立特大断面三维数值模型,模拟了不同断面形状隧道的开挖过程。结果表明特大断面隧道竖向相对变形值较水平方向相对变形值更大,且这种差异随隧道断面形状的增大而增加。对特大断面隧道支护结构而言,两侧拱腰处的最小主应力值相对较大,且应力值随隧道断面形状的增大而增加。建筑桩基由于隧道开挖产生的沉降值小于允许值20mm,桩基间不均匀沉降值约为最大沉降值的50%。（3）通过模型试验与数值模拟的方法对变截面段隧道支护结构进行了探究,并与特大断面段的进行对比分析。结果表明,各变截面段支护结构在截面变化处均存在应力集中,影响范围为渐变段起始位置处前3m范围内,截面变化对围岩位移的影响范围约为渐变段前后15m范围内,且三种变截面段下截面变化对围岩位移与支护结构的影响范围相同。同时,变截面段隧道开挖引起的桩基不均匀沉降值较特大断面段更大。（4）采用数值模拟的方法对特大断面段及变截面段隧道的施工方法进行优化。通过对比施工工法发现,特大断面隧道采用双侧壁导坑法明显优于CRD法与CD法,而CRD法与CD法下的围岩位移值及支护结构应力值较为接近。通过对比施工工序,优化后的施工工序可有效降低特大断面隧道段施工过程中临时支护的应力值,且CD法下的改善效果较双侧壁导坑法更为明显。变截面段隧道采用突变开挖时,截面变化对支护结构应力的影响范围主要为截面突变处5m范围内,较原施工方法的影响范围更大,应力值增加了13%-48%,塑性区面积也有所增加。