本实用新型属于隧道技术领域，具体涉及一种大断面隧道复合式衬砌结构，包括预支护结构以及沿隧道长度方向间隔设置的多榀钢架，每榀钢架均沿隧道轮廓线弯折形成环形；预支护结构包括沿隧道轮廓线间隔设置的多根钢管；多根钢管通过多榀钢架固定于隧道净空轮廓的外侧，且相邻两根钢管之间通过一对钢板连接；钢架之间、钢架内、钢管内以及每对钢板之间均填充有混凝土。本实用新型的大断面隧道复合式衬砌结构的刚度大，有利于大断面隧道结构变形控制和地表沉降控制；通过预支护结构提供较大支撑力，提高施工期隧道开挖的安全性和施工速度，且在开挖后将超前预支护结构承载力转化为永久承载结构，可减少衬砌厚度和永久结构工程量，显著提高结构经济性。