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近年来，随着我国高速公路建设的发展，建设重点逐步由平原转向山地丘陵区。我国是一个多山国家，超过2/3的国土为高山、峡谷和丘陵，随着基础建设的进一步推进，高速公路建设已经由平原向山岭区发展，与之相对应，公路隧道也得到迅猛发展。隧道工程往往是高速公路修建中的控制性工程，隧道施工的周期和质量将直接影响到整条高速公路的建成。公路隧道在缩短行车距离、提高车速、降低交通事故发生率、保护环境等方面发挥了积极的作用，取得了良好的社会经济效益。随着隧道工程建设的增多，穿越岩性较软的煤系地层的隧道也越来越常见。
在建的瑞赣(瑞金～赣州)高速公路，全长117.12km，该公路52％路段经过不良地质地区，施工难度大，桥隧比例达24.31％，在江西省己建和在建高速公路项目中最高。钟公隧道被誉为瑞赣高速公路全线的“咽喉要道”、“主控工程”，是江西省在建高速公路第三长隧。钟公隧道为上、下行分离试隧道，属于公路特长隧道。钟公隧道处于赣中南低山丘陵区，穿过4条断层破碎带，围岩破碎，节理发育，隧道区水文地质条件较差，总体施工难度很大。本文所研究的路线段YK71+560～YK71+680发育煤系地层，岩层非常松软，而且富水偏压，存在小煤窑采空区，地质条件复杂，施工难度相当大，初期支护在施工的过程中多次开裂。
高速公路穿煤隧道主要具有以下特点：①隧道穿越的煤层属沉积相地层，岩性软弱，并往往与粘土岩、碎裂岩等其它软弱地层共生。②穿越的煤系地层中往往赋存高压力的煤层瓦斯，受到煤层与瓦斯突出及瓦斯爆炸的威胁，需要特殊的施工工艺和专门的防爆设备。③隧道结构在施工和运营期受各种因素影响较大，如煤层采空区可能对隧道施工构成威胁，下卧煤层开采易引起隧道沉陷和变形等。
本文结合瑞金至赣州高速公路钟公穿煤隧道工程，采用现场测试、监控量测、围岩稳定性理论分析和数值模拟分析等研究方法，分别从不同角度研究高速公路穿煤隧道围岩在施工过程中的变形和稳定问题，主要的研究工作有：
(1)结合高速公路穿煤隧道的特点，从影响隧道围岩稳定性的工程地质因素出发，对围岩初始应力状态、二次应力状态和三次应力状态分别进行了分析和探讨。隧道开挖前围岩处于初始应力状态，是一次应力状态。隧道开挖后出现应力重新分布，隧道围岩处于二次应力状态，这种状态受到开挖方式和方法的强烈影响。如果二次应力状态满足隧道稳定的要求，则可不加任何支护，隧道即可自稳。如果隧道不能自稳就须施加支护措施加以阻制，促使其稳定，这就是三次应力状态。显然这种应力状态与支护结构的类型、方法等有关。隧道开挖和支护工艺实质上就是控制这些现象产生的过程，也就是控制围岩动态变化的过程。分析指出，围岩稳定性受地质及地质构造、地应力、岩体力学性质、地下水及隧道工程结构等诸多因素影响。
(2)对研究区域的工程地质条件进行了系统的分析，对研究区域隧道的围岩进行了详细的分类。隧道洞身发育有4条构造破碎带，直接影响到洞室的稳定。破碎带为地下水集中区域，开挖期间容易引起涌水，从而导致塌方。除此之外，隧道的主要工程地质问题是煤系地层，研究段YK71+560～YK71+680为晚古生代石炭系煤系地层的碳质页岩、泥岩及粉砂岩和石英砂岩岩组，水理性质差，对隧道围岩稳定性极为不利。
(3)在理论分析和详细收集钟公隧道勘察、设计资料和深入调查隧道岩体工程地质条件的基础上，合理制定监控量测方案，通过监控量测数据的分析，实现隧道的信息化施工。钟公隧道YK71+560～YK71+680段拱顶沉降量很大，最小为328.26mm，最大为1254.38mm，这个沉降量造成了隧道顶板的严重破坏，隧道周边收敛值达到362.91mm，拱顶下沉最终趋缓的时间在20～40天之间。本文对监控量测得到的挣空收敛、拱项下沉等监测数据进分析，分析出隧道穿煤区段围岩变形的一般规律。
(4)本文在对煤系地层岩体的颗粒组成、岩土变形参数、岩土强度参数等进行试验测定的基础上，综合对比分析了煤系地层隧道围岩的物理力学性质，为隧道数值模拟分析提供参数。然后从地形地貌、地质构造、地层岩性、水理性质四个方面分析了影响隧道围岩稳定性的因素。
(5)在工程试验、现场监测和前期计算分析的基础上，建立了地质与施工的计算模型，运用有限元数值模拟软件FLAC3D进行了施工过程数值模拟。模拟所得的大变形性状与出现大变形事故的原型相似，充分说明模拟手段以及所选模型的合理性，从而为模拟的精度和分析问题的可靠度提供了保障。模拟结果显示，隧道围岩变形十分严重，在施工过程中必须加强初期支护；简单的支护并不能满足施工要求，在煤系地层地段必须运用多种手段加强支护。
本文的创新之处在于通过对钟公隧道煤系地层的综合研究，系统分析了高速公路穿煤隧道围岩的稳定性，为以后类似工程的设计、施工提供参考和借鉴。