目前,我国是人口大国,自然资源相对匮乏,人均自然资源占有量远远小于发达国家人均值。为了能够实现中国伟大复兴梦,务必要科学合理、可持续性利用有限的自然资源。近几年,我国城市地铁运输线网得到蓬勃发展,每年所消耗的建筑材料量也持续攀升。如何做到既满足工程安全要求又节约工程材料成本是个急需解决的问题。当前主流地铁区间隧道设计为运用工程类比法在满足一定界限下进行初步设计,而后进行支护参数验算的二次设计,这种纠错式的设计方法缺乏合理的设计依据。目前,该设计法常见于隧洞设计中,其并没有充分发挥围岩自稳与支护结构支护作用,围岩支护参数优化空间明显。本文依托在建的青岛地铁一期M3号线工程,基于隧道支护理论分析和试验段施工现场支护参数的力学实验量测成果,结合采用FLAC3D数值计算和正交试验方法,对M3号线区间隧道在考虑开挖卸荷效应下对主要等级围岩进行支护优化设计。本文研究的主要内容及结论有:1)依托青岛地铁一期M3号线工程,对区段隧道支护参数进行现场力学实验。试验结果表明:围岩压力、锚杆应力、钢拱架应力及初支变形在施工过程中呈先增长后趋于稳定变化趋势;各监测量的变化是距试验断面<14m施工范围内掌子面开挖影响的叠加,各量测值较小,提出支护参数优化可行性。2)将隧道施工过程划分为四个阶段:超前支护阶段、当前施工步开挖阶段、当前施工步支护阶段和前期施工步支护阶段,并考虑当前施工步开挖阶段存在围岩卸荷效应。运用FLAC3D数值模拟对比现场力学试验结果,结果表明:考虑当前施工步开挖阶段围岩应力释放45%,模拟计算结果与现场监测结果值符合良好;掌子面影响范围向前影响距离<4m,向后影响距离<14m;考虑卸荷效应时支护结构体系上的作用效应将为不考虑卸荷效应时的60%。3)运用正交试验方法,针对初支喷层厚度、锚杆长度、锚杆间距、钢拱架间距、等效小导管厚度这五个关键支护因素进行优化设计,结果表明,对隧道安全性影响程度依次为:喷层厚度>等效超前小导管厚度>钢拱架间距>锚杆间距>锚杆长度;最优优化支护参数为喷层为:150mm、锚杆长度为3.0m、锚杆间距为1.5m、格栅钢架间距为1.25m、小超前小导管等效厚度150mm;优化后的每米支护参数材料总成本比原设计参数成本约减小1092.64元,节约总成本21%。