本发明公开了一种隧道深埋中心水沟支护结构及支护施工方法，其支护结构包括初期支护先施作钢架，所述初期支护先施作钢架沿隧道方向间隔设置，初期支护先施作钢架下部形成后期安装初期支护后施作钢架的缺口，初期支护先施作钢架之间通过纵向加强梁相连，所述初期支护先施作钢架下端设置有中心水沟钢架；其支护施工方法，包括以下步骤：施作未封闭的薄壳整体支护、开挖中心水沟部位土石并施作中心水沟钢架、安放中心排水管、施作初期支护后施作钢架、完成施工。本发明设计理念新颖、措施合理、效果显著，解决了隧道深埋中心水沟地段的开挖施工在仰拱初期支护在不封闭成环的情况下安全、快速施工问题，确保隧道支护结构的稳定可靠，应用前景广阔。