目前地下空间开发程度仍跟不上交通资源的紧张需求,使地下工程逐渐向多层化发展,形成了大量暗挖多层洞群结构。暗挖多层洞群具有布局模式复杂、围岩和中夹岩受力特征不明、结构形式多样化、施工顺序多样化等难点。这些问题将暗挖多层洞群结构的设计工作极度复杂化,直至目前都未能形成一套行业认可的指导性设计理论。鉴于此,本论文开展了暗挖多层洞群力学演化机理和洞群设计方法的研究,对暗挖多层洞群设计方法的体系化具有重要意义。论文采用了模型试验、数值模拟、理论推导、工程实测、资料调研等多种方法,以暗挖多层洞群的力学阻断原理为出发点,对暗挖多层洞群的力学演化机理、中夹岩破坏模式、洞室支护受力模式、中夹岩力学模型、洞室设计模型开展了深入研究,得到了以下主要结论:提出了暗挖多层洞群力学阻断性原理,且揭示了阻断性的产生机理。利用双系数强度折减法得到了新建洞室周围岩体剪切破裂面的产生和发展具有跨层阻断性的结论,且暗挖多层洞群中新建洞室的开挖具有围岩应力和结构应力的双重阻断性。基于阻断性原理将暗挖多层洞群划分为重叠、水平、倾斜和正交四个体系。探明了暗挖多层洞群的力学演化过程,给出了各种布局体系下中夹岩在强度衰减过程中的破裂面产生和发展过程。归纳了中夹岩在各个力学演化阶段的承载能力,依据承载能力强弱将中夹岩的破坏模式划分为破坏、承载和无损模式,并给出了各模式对应的洞室支护受力状态。推导了暗挖多层洞群中夹岩的力学计算模型。通过分析中夹岩破坏过程和最终破坏模式,依据弹性力学方法判定其属于何种力学构件,最终建立了各种布局体系下中夹岩的力学模型,并推导了相应的力学计算公式。建立了暗挖多层洞群的洞室设计模型。基于暗挖多层洞群中夹岩、围岩的破坏模式以及新建洞室支护的受力模式,通过散体极限平衡法、应力传递平衡拱法、空间曲面函数法和协调变原理,建立了重叠、水平、倾斜和正交体系下的洞室结构设计模型,并推导了荷载计算公式。采用数值模拟、室内试验、工程实测手段验证了公式的科学性。通过以上研究成果形成了一套完整的体系化的暗挖多层洞群设计方法。