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经济的快速发展迫切需要提高交通运输量，而通常由于隧道的宽度要比隧道以外的道路宽度要小，成为制约交通量的一个重要因素。解决这个问题的办法就是修建多车道隧道，并且使隧道的宽度与隧道以外的道路宽度一致，这就提出了单拱四车道公路隧道的建设问题。从经济技术上考虑，单拱四车道公路隧道的扁平率远小于两车道和三车道公路隧道，其断面力学特性和施工力学特性都明显不同于两车道和三车道公路隧道，而且现行公路隧道设计规范对此也没有提及。因此，针对单拱四车道公路隧道的设计和施工问题进行系统的研究具有重要的意义。结合岩土材料的非线性特性，对大跨度隧道开挖过程计算理论进行讨论。在此基础上采用数值计算分析了不同扁平率下隧道断面的力学响应和稳定性，分析其变化规律。在单一目标优化时，分别考虑了应力集中、洞周收敛、塑性区面积及开挖面积为优化目标。在多目标优化时，引入了层次分析法，介绍其基本原理、步骤，并计算分析了以应力集中、洞周收敛、开挖面积等为优化目标的隧道断面优化决策过程。介绍了大跨隧道施工方法，包括基本施工方法和辅助施工方法的分类、适用范围、优缺点等。采用有限差分程序对全断面开挖法、双侧壁导坑法、台阶法、中隔壁法等开挖过程进行数值模拟，分析了各开挖法中围岩和支护的力学响应，并对各开挖方法进行比较，选择适合大跨度隧道施工的方法，为大跨度隧道的设计和施工提供参考。