随着我国经济的快速发展,交通建设行业突飞猛进,高速公路网络越来越密集,公路隧道在修建过程中将不可避免地穿越一个或多个煤系地层采空区。作为一种特殊的不良地质条件,煤层采空区具有软弱性及空间变异性,不仅对自然环境和地质环境产生破坏,还会对隧道施工及安全运营带来巨大潜在危害。因此,开展公路隧道穿越煤层采空区群的稳定性分析及加固措施研究,确保公路隧道安全通过采空区地段具有重要的工程意义。本文以召（夸）泸（西）高速公路项目白兆隧道穿越多个煤层采空区为工程研究背景,在地质勘察报告、采空区物探及隧道现场监测的基础上,采用力学理论分析和数值模拟相结合的研究手段,对隧道穿越多煤层采空区的稳定性及加固措施进行了系统研究。主要研究内容和成果如下:（1）采用物探方法（瞬变电磁法）对隧址区ZK9+016～ZK9+100、YK9+016～YK9+100段进行大面积勘探,并对掌子面前方围岩情况采用地质雷达法进行超前地质预报,综合获取隧道煤层采空区的分布状况,即1#、2#、3#采空区的空间位置、规模大小及破坏范围等基本情况。（2）根据煤层开采过后采空区“三带”理论分析围岩破坏特征和力学特性,同时采用经验公式计算采空区垮落带及导水裂隙带的破坏高度。结合弹塑性力学理论和隧道开挖力学理论,对采空区隧道围岩及应力场进行力学特征分析,在理想弹塑性模型的基础上推导了隧道围岩塑性区范围和开挖半径之间的关系,总结了隧道围岩稳定性的判定依据和判定方法。（3）采用RPFA2D软件分别对高径比H/D=2的50mm×100mm、100mm×200mm、250mm×500mm、500mm×1000mm、1000mm×2000mm岩石试样进行单轴压缩数值试验以及对250mm×500mm试样进行不同围压的三轴加载和卸荷数值试验。研究了不同尺寸、不同加卸载条件下岩石材料的声发射特性、岩石试件强度变化特征以及破坏规律,分析了尺寸效应对隧道围岩力学参数和力学特性的影响关系。（4）通过MIDAS/GTS NX有限元软件建立隧道穿越煤层采空区的三维实体模型,选用Mohr-Coulomb破坏准则,从采空区隧道围岩位移、应力应变、塑性区范围以及支护结构受力情况分析未采取加固措施和采取加固措施两种工况下隧道开挖过程中围岩的稳定性状况,重点研究了不同类型采空区的加固措施对隧道稳定性的改善作用。模拟结果表明采取加固措施工况下,围岩水平、纵向变形大幅减小,应力集中现象明显改善,隧道围岩塑性区与采空区塑性区没有贯通或贯通程度极大减弱,隧道处于安全稳定状态。（5）总结了隧道穿越煤层采空区的一般处置方法,针对白兆隧道1#、2#、3#采空区提出了不同加固措施及具体施工方案,结合现场监控量测对处置效果进行了初步分析,结果表明围岩总体变形情况和数值模拟结果基本一致。