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近十年,修建的隧道迅速增长,特别是公路隧道年增长里程超过1000公里,频繁出现的隧道不可避免的穿越煤系采空区地层,煤系地层围岩的软弱性及采空区的空间变异性将会对隧道围岩稳定性产生极其不利的影响。本文以重庆市应用开发(重点)项目“穿越煤系地层城市隧道瓦斯防治与采空区处治关键技术研究”为依托,以穿越中梁山煤系采空区地层的华岩隧道为工程背景,以隧道力学理论为基础,通过有限元建立隧道穿越煤系采空区地层弹塑性模型,并结合现场监控量测分析,对穿越煤系采空区地层的隧道围岩稳定性进行了系统研究,具体研究内容及成果如下:(1)根据弹塑性力学及洞室开挖力学理论,讨论了煤系地层中,采空区分布位置不同条件下,隧道周边围岩应力随采空区距离变化分布特征。(2)建立煤系采空区地层隧道数值分析模型,分析了煤系地层中,采空区不同分布位置(隧道顶部、拱腰、边墙、仰拱隅角、底部)及不同尺寸大小条件下,隧道围岩位移场、应力场及塑性区随采空区距离变化规律。(3)从隧道围岩稳定出发,基于德鲁克-普拉格(Drucke-Prager)屈服准则,以围岩是否屈服及接近屈服的程度为标准,得出了煤系地层中,隧道周边不同分布位置采空区对隧道强影响区、弱影响区和无影响区的划分阈值。以屈服接近度YAI=0,70%YAI_α(YAI_α无采空区围岩屈服接近度)作为划分强影响区、弱影响区和无影响区的分界值。(4)以有限元模型计算结果为基础,根据以上既有结构对新建隧道的影响区划分准则,系统的得出了煤系地层中,不同分布位置(顶部、拱腰、边墙、仰拱隅角、底部)、不同尺寸条件下,采空区对新建隧道的强弱影响范围。研究结论可作为今后类似工程设计和施工的参考。(5)将影响分区成果应用于穿越煤系采空区地层段的华岩隧道,分析了强影响区范围内隧道加固措施,并对隧道采取加固措施后建立三维施工数值模型及现场实测进行了效果评价。结果表明:华岩隧道下穿煤系采空区强影响段进行超前管棚注浆预加固及边墙增设锁脚锚杆治理能有效的控制施工的安全。研究结果指导了华岩隧道的设计与施工。