近年来,我国隧道及地下空间建设规模不断扩大,隧道越修越长、断面越修越大,地下空间利用形式也越来越复杂。同时,建设环境也日趋复杂,软弱地层、浅覆土、以及采用暗挖法下穿敏感建筑群、道路和管线等越来越普遍。在复杂地质条件和建设环境下,开挖超大断面隧道是国际隧道界公认的难题,传统工艺难以适应,需要实现工艺上的创新和突破。港珠澳大桥的拱北隧道暗挖段长255m,断面面积338m~2,采用长距离大直径曲线管幕为支护,为复杂条件下超大断面隧道的建造提供了一种新的思路。本文以目前我国高速发展的隧道及地下空间开发为背景,以港珠澳大桥拱北隧道为依托,综合采用理论分析、数值模拟、现场试验和监测等方法,研究长距离大直径曲线管幕理论及施工工艺,具体研究工作和主要结论包括:(1)研究了长距离大直径曲线管幕安装过程中顶管顶力的预测和控制。结合拱北隧道管幕顶进工程,总结了曲线顶管顶力的主要组成及影响因素;比较和分析了中国和日本曲线顶管规范顶力计算值和现场实测值的差异,提出了总顶力中迎面阻力的建议计算公式;基于力学平衡,推导了分节曲线顶管顶力的计算公式,提出了在泥浆润滑作用下钢管管壁单位摩阻力和摩擦系数的建议取值,为拱北隧道管幕工程的顺利实施提供了理论支撑。(2)研究了长距离大直径曲线管幕群管顶进过程中产生的地表变形。通过分析顶管产生的地面变形及其影响因素,提出了相应的地表变形控制措施;采用监测数据和经验公式,拟合了顶管过程中地层损失率、沉降槽宽度以及最大沉降量等参数;提出了小间距平行顶管顶进时地层损失率的取值及沉降槽宽度系数经验公式;并结合数值模拟及监测结果,分析了小间距平行顶管间先顶管群对后顶管地层损失及最大沉降的影响,为进一步研究小间距平行顶管管间作用奠定了理论基础。(3)总结了长距离大直径曲线管幕的成套施工工艺。针对在富水软土地层中安装曲线管幕易引发涌水、涌砂,管节偏移,障碍物阻碍等工程风险,综合考虑工程的经济、社会、环境与技术等各方面因素,优化了顶管施工组织,形成了包括顶管的始发与接收、精度控制、障碍物处理技术等在内的成套大直径曲线管幕顶管施工工艺,为拱北隧道管幕工程的顺利实施提供了技术支持。(4)总结了长距离大直径曲线管幕施工综合风险管理方法。结合拱北隧道管幕法工程的特点,通过对长距离大直径曲线管幕施工的各类风险因素的识别,制定了相关风险的控制方案,并将这些风险及其控制方案整理形成一套综合风险管理方法,有效地控制了拱北隧道施工过程中的工程和环境风险,并可为以后类似工程的施工提供有效借鉴。