在山区陡坡地形条件下的多车道公路设计中，即便采用了分离式路基，仍然不足以将路基体对自然山体的扰动和破坏降到最低。因此兼顾环境和经济效益，提出一种将边坡支挡与路面支撑相结合的双层行车棚洞结构用于陡坡分离式路基的设计。双层行车棚洞在山区高速公路中不但对降低山体扰动具有很大优越性，而且相对于桥隧结构具有明显的经济优越性，因此该路基结构形式应该被提倡应用。但是双层行车棚洞在受荷特征、工作状况与单层棚洞有着明显差异，在结构选型和优化、结构可靠度和安全度等方面有很多问题需要深入研究和解决。　　本文对新提出的双层行车棚洞结构进行设计研究。首先经过初步比选提出了三种结构型式:直柱式、斜柱式、曲柱式，对三种结构型式的适应性进行了对比分析;接下来针对双层行车棚洞结构特殊的受荷特点，分别利用MIDAS有限元软件和ABAQUS有限元软件针对三种结构型式进行静力分析以及施工过程模拟，最终得出在高陡坡山区公路下的双层行车棚洞结构最优型式为曲柱式。主要结论有:　　(1)从基础布置、开挖面大小、横向稳定性及与地形匹配美观程度等方面考虑，将三种型式双层行车棚洞布置在不同地形条件下进行对比分析，得出曲柱式双层行车棚洞在适用性上最佳。　　(2)通过MADIS有限元软件静力计算结果发现，斜柱式和曲柱式结构的弯矩极限值、剪力极限值、轴力极限值差异较小，均明显小于直柱式结构，斜柱式与曲柱式差异较小，斜柱式和曲柱式从受力合理性角度分析优于直柱式。　　(3)ABAQUS有限元软件模拟结果表明，双层行车棚洞结构边坡稳定系数满足规范要求。三种结构型式的位移及应力均处于安全状态，且边坡土质条件越好，结构关键部位的位移及应力越小。　　①曲柱式双层行车棚洞结构边坡位移最小，说明其抗倾覆能力最强，对边坡支挡作用最大。边坡土质越差，曲柱式双层行车棚洞结构的优势越明显。　　②斜柱式与曲柱式的应力极限值差异较小，且均小于直柱式，这与静力计算结果基本吻合。　　③内墙与顶板节点处以及外柱与顶板节点处为结果的薄弱部位，在设计时应对其进行内力放大和构造措施加强。　　(4)利用强度折减法计算的双层行车棚洞结构边坡稳定安全系数满足规范要求。　　(5)双层行车棚洞结构内墙与顶板节点处采取加腋构造措施加强，加腋的最优型式为竖边比横边比值为1∶4，此时结构的应力极限值最小，加腋的作用最有效。