随着我国公路建设的稳步推进,国家正积极从交通大国向交通强国大踏步迈进。我国山地较多,山区公路隧道建设面临着诸如高等级公路增多、地形地质复杂、环境保护要求高等问题,而在公路隧道建设正朝着更深和更长方向发展的今天,开展有特色、有亮点、有品位的工程设计,因地制宜建设绿色工程也是应有之义。公路棚洞作为近年来兴起的一种新型构造物,在公路沿河傍山和部分隧道出入口处,合理布设棚洞,具有避灾减灾、保护边坡和保护生态环境等多重功能。工程实践表明,棚洞结构在维护公路交通安全、节能环保及防灾减灾方面效果明显,具有良好的经济和社会效益。本文以沪蓉国道主干线支线分水岭(鄂渝境)至忠县高速公路为研究对象,重点研究公路典型棚洞隧道结构型式及其受力特性与稳定性。针对高陡边坡公路建设的不可预见性与高风险性,公路工程质量可靠、施工安全和环境保护显得尤为重要。本文主要的研究内容与成果如下:1.归纳总结了国内外棚洞的发展现状,针对公路棚洞隧道结构的地质特征、结构受力特点、力学机理、及多种分类型式进行了详细的阐述,充分论证了棚洞这种大跨异型结构不仅可以防灾减灾,而且可以保护生态环境。2.采用Midas/GTS NX有限元软件,用荷载-结构法对棚洞结构建立了三维有限元模型,对公路典型棚洞的半拱直柱型、半拱斜柱型、直墙直柱型和直墙斜柱型四种棚洞结构型式进行了受力分析,为了便于对比分析不同棚洞结构的计算结果,按照相同的棚洞计算荷载类别和荷载组合,获得了该四种棚洞结构型式的水平和竖向位移以及内力分布特征,结果表明:(1)在相同的回填土石荷载和自重荷载作用下,不同棚洞结构的受力特性及位移特征不尽相同,斜柱式棚洞在受力和控制位移方面更优于立柱式棚洞;(2)在边坡相同的开挖支护和相同的回填方案等情况下,由于拱形棚洞的回填方量较直墙棚洞大,直接导致拱形棚洞的水平位移和内力都较直墙棚洞的大。3.同时也采用基于连续介质的地层-结构法进行数值模拟分析该四种典型棚洞结构的受力特性,采用Mohr-Coulomb屈服准则,不同于其他参考文献的边界选取,本文是按照边坡稳定性分析的边界条件设置,考虑选取了更大的边界条件分析范围,充分考虑边坡开挖与修建棚洞的相互作用,对棚洞施工过程进行了比较系统的动态模拟,通过对比分析,从轴力、剪力和弯矩结果分析表明:(1)该四种结构的优劣顺序:半拱斜柱型、直墙斜柱型、半拱直柱型、直墙直柱型;(2)在设计中应该加强立柱与顶板交界处和顶板与内曲墙相接处配筋。4.棚洞稳定性研究主要侧重点研究棚洞结构和临时边坡的稳定性,而数值分析法和经验类比法是判断隧道结构稳定性的常用方法,因此棚洞监控量测这种动态监测技术手段是保障施工安全的主要方法,对于判别开挖边坡和棚洞结构是否稳定可靠起到了至关重要的作用,也是提供设计反馈信息的主要手段。5.通过对四种典型棚洞结构受力特性和稳定性的深入研究,针对依托工程,选择确定棚洞结构型式,在沪蓉国道主干线支线分水岭(鄂渝境)至忠县高速公路B4合同段采用棚洞结构,对棚洞工程的结构、边坡、排水及绿化等进行了工程设计,对棚洞施工过程进行了详细的叙述,提出了一些对于棚洞方面的认知,希望对今后棚洞方面的设计和施工提供一些有价值的参考。