为满足使用功能的要求,地下工程中经常需要建造相交的坑道。相交坑道在交叉区域围岩的临空面较多,受力状态较为复杂,往往是地下工程中的薄弱部位。相交坑道在交叉部位边界条件复杂,很难得到交叉区域围岩应力与变形的解析解。现有文献对交叉坑道进行专门研究的也不多见。因此,交叉坑道围岩稳定性分析是值得研究的一个重要工程问题。某工程需在砂砾石地层中开挖一复杂洞室群,该工程中存在较多的交叉部位,且地层的力学强度低,坑道开挖过程中交叉部位围岩的稳定性,是工程设计与施工人员十分关心的问题。论文以该工程为背景,以砂砾石地层和交叉坑道结构为核心,从理论分析、数值模拟和模型实验三方面研究砂砾石地层中交叉坑道的稳定性。①先从一般坑道失稳形态出发,归纳坑道失稳破坏的主要力学机理。在此基础上,结合砂砾石的地层特性和交叉坑道的结构特点,从理论上分析砂砾石地层中交叉坑道的失稳机理。②然后利用有限单元法,分别模拟单坑道与交叉坑道围岩的应力与变形。通过对比,了解交叉坑道围岩的应力场与变形分布特点。③接着通过相似模型实验,验证了交叉坑道围岩应力场和变形分布规律以及坑道破坏特征。④最后采用数值实验,模拟不同的断面形状和开挖顺序情况下,交叉坑道围岩的应力与变形。通过综合评判,选取了交叉坑道合理的断面形状和开挖顺序。通过以上研究工作,取得以下主要认识:(1)交叉坑道开挖时围岩变形与应力分布规律是:交叉坑道围岩在交叉部位塑性区、位移值均较单坑道大,在小坑道拱顶易产生拉应力区,且以水平方向为主。(2)交叉坑道破坏机理是:交叉坑道最薄弱部位是四个转角区域的直墙,其破坏形式属劈裂剥落与剪切滑移,破坏机制是由于压应力集中而导致的劈裂与剪切破坏。(3)水平层状砂砾石地层中交叉坑道合理的断面和开挖顺序是:①当拱高大于等于跨度一半时,交叉处围岩的稳定性较好;②当不同断面坑道相交时,分步开挖比同时开挖对围岩的稳定有利,且先大后小的开挖顺序更有利于围岩的稳定。希望研究成果能为类似工程设计与施工提供参考。