近年来,我国经济快速发展,高速公路作为经济发展的必然产物,截至2016年底,我国高速公路总里程已达13万公里,居世界第一。随着高速公路网的加密,其在煤矿老采空区上方的建设将日趋普遍。如何保障车辆的运行安全将是老采空区上方高速公路建设的关键问题。为此,本文综合采用现场调研,野外勘测,数值模拟、相似材料模拟及理论分析等多种技术手段,围绕着煤矿老采空区高速公路建设安全性评价及其关键技术展开研究,主要取得了以下研究成果:1)将老采空区覆岩视为多元介质耦合的力学结构体,分别采用广义开尔文体、砌体梁结构和复合岩梁结构描述垮落带、断裂带和弯曲带岩体的移动变形。在此基础上,揭示了长壁垮落法开采老采空区的失稳机理,并将老采空区“活化”类型归纳为I类缓慢压缩蠕变型、II类强度衰减蠕变型、I类强度衰减结构失稳型和II类外力干扰结构失稳型四类。2)采用数值模拟方法建立了29个数值模型,揭示了路堤高度、路面刚度、车辆载重及车辆速度四个因素对车辆荷载扰动深度的影响机理。结果表明车辆荷载的扰动深度与路堤高度呈线性关系,与路面刚度、车辆载重及车辆速度呈对数函数关系。采用极差标准化法分析了各影响因素对扰动深度的影响程度,由大到小依次为车辆载重、车辆速度、路面刚度和路堤高度。在上述研究的基础上,结合多元回归分析和叠加原理得到了车辆荷载扰动深度的计算公式,最终给出了车辆动荷载扰动下煤矿老采空区安全深度的计算方法。3)总结归纳了老采空区上方高速公路建设场地稳定性的主要影响因素,采用数值模拟的方法揭示了各影响因素的作用机理,结果表明岩体结构、深厚比和冲积层厚度等因素与建设场地稳定性正相关;地质构造复杂程度、岩石力学强度和重复采动等因素与建设场地稳定性负相关;采动程度与老采空区建设场地稳定性非线性相关,随着采动程度的增加,其稳定性呈现出由高变低再变高的过程。在此基础上,构建了煤矿老采空区上方高速公路建设场地稳定性组合评判模型,融合灰色关联分析、层次分析法和特征向量法给出了组合评判模型中评价要素权重的计算方法,利用散点图法分析了定量因素的隶属函数,最终结合隶属函数和德菲尔法确定了全部评价因子的隶属度。4)为了克服现有预测模型的缺陷,结合老采空区建设场地移动变形“源”的分布特征,基于概率积分法和叠加原理构建了老采空区上方高速公路建设场地移动变形的组合预测模型。结合具体算例对比分析了组合预测模型与现有预测模型的预测效果,结果表明组合预测模型能够全面反映老采空区残余变形“源”导致的建设场地移动变形,可以有效地解决现有预测模型的不足,且该模型能够顾及老采空区“活化”变形的时间效应,使得预测结果更加科学合理。5)给出了煤矿老采空区上方高速公路建设安全性评价研究的一般工作流程,明确了各个工作阶段的具体研究内容及工作方法,总结分析了地球物理勘探及变形监测技术的适用条件,提出了高速公路下伏老采空区的治理对策,最终建议了相关类似课题研究报告中需涵盖的主要内容。6)将本文研究成果应用于武云高速建设的安全性评价,结果表明武云高速建设场地处于基本稳定状态,主要表现为I类缓慢压缩蠕变型和II类强度衰减蠕变型的“活化”类型。预测建设场地的最大残余沉降值为184mm,最大倾斜值为1.2mm/m,最大曲率值为0.02mm/m2,最大水平移动为76mm,最大拉伸变形为1.45mm/m,最大压缩变形为0.76mm/m,但上述变形是大范围、逐渐发生的,不会出现突发性的失稳沉降。综上所述,武云高速下伏老采空区残余变形“源”导致的建设场地移动变形不会对高速公路车辆的运行安全造成威胁。