我国是世界上岩溶分布最广的国家,仅黔、桂、滇三省,岩溶分布即占三省总面积的一半左右,除此之外,四川、重庆也是岩溶分布广泛的省份,在这些地区建设高速公路不可避免地将跨越岩溶地区,即使能够对溶洞的位置、形状、大小探察清楚,但溶洞与隧道之间安全距离的确定却一直是困扰在岩溶地区隧道建设的重大技术难题,本文即以穿过密集岩溶区的重庆梁忠高速公路礼让隧道为研究对象,对隧道穿越岩溶区最危险的形式之一—下伏溶洞顶板安全厚度的确定展开了深入研究,并取得了以下创新性研究成果：(1)通过对现场节理参数测线法调查,获得节理产状的分布密度函数,并从分形几何学的角度分析节理间距及迹长的分形分布规律,推导出能反映节理间距及迹长分布特征的分形维数D及分形分布概率密度函数,在此基础上,采用Matlab软件以及Monte-Carlo随机分析方法,产生节理参数随机数,结合三维离散元程序(3DEC)中离散裂隙网络(DFN)技术,建立了与现场围岩实际节理分布特征具有统计相似特征的离散裂隙网络模型并验证模型的有效性,为后续开展节理岩体等效模型、表征单元体积(REV)、等效岩体力学参数及安全厚度确定等研究提供了基础。(2)结合3DEC离散元程序及等效岩体技术,建立基于DFN-DEM耦合的等效岩体模型,构建出多尺度等效节理岩体计算模型,采用3DEC内置fish语言编制等效节理岩体单轴压缩程序,进行等效节理岩体力学参数尺寸效应与各向异性研究,以此确定岩体的REV及等效抗压强度、等效黏聚力、等效内摩擦角、等效抗拉强度及等效泊松比等岩体力学参数,经与采用Hoek-Brown强度准则计算的节理岩体力学参数相比较,进一步验证了参数获取方法的有效性,提高了隧道下伏溶洞顶板安全厚度确定的有效性。(3)提出了基于Morris全局敏感性分析的静荷载下隧道下伏溶洞顶板安全厚度BP神经网络建模方法,该方法实现了各因素之间相互作用程度的定量化,以此筛选出了关键影响因子、优化样本,为安全厚度BP神经网络模型提供学习、训练与测试的样本,提高了BP神经网络建模效率,为实现对隧道下伏溶洞顶板安全厚度的确定提供了量化依据。该安全厚度预测模型为纯机械切割或软土隧道开挖等静荷载下隧道下伏溶洞顶板安全厚度的确定提供了理论依据。(4)将隧道与下伏溶洞间的岩层简化为固支梁模型,建立了固支梁振动微分方程,推导出隧道与下伏溶洞间岩层失稳的双尖点突变模型,分析其失稳条件,得到安全厚度的非线性方程,并运用Matlab进行迭代法编程实现了求解。最终实现了对梁忠高速公路礼让隧道全区域内开挖过程中下伏溶洞顶板安全厚度的确定,隧道开挖过程中,一直按此安排施工,顺利完成了全部施工任务。本文为钻爆法开挖隧道下伏溶洞顶板安全厚度的确定所建立的理论计算和安全判别方法,已经实践验证,对其它类似工程的建设具有一定的借鉴意义。