随着煤矿工业逐渐进入深部地层,高抽巷、开采巷道等煤矿工业设施也必须开始面对深部环境的特殊性。深部高地应力、高地温和高渗透压的特殊复杂地质环境导致巷道开挖面临挑战,传统的巷道施工方法,如钻爆法和综掘法等已经难以满足深部地层环境的施工要求,急需研发“小型化、机械化、自动化、智能化、信息化”的深部煤矿巷道施工的成套设备及技术。针对这一需求,本文在深部岩石顶管隧洞的长期变形、深部岩石顶管纠偏技术等方面开展了以下工作:(1)基于岩石的Burgers蠕变模型,推导出了深部岩石隧洞径向变形的数学描述,该结果表明,岩石隧洞的径向变形可以分为瞬时变形阶段、蠕变衰减阶段和稳态蠕变阶段。根据顶管工程施工的长期性与顶管工法的特殊性,可以认为隧洞径向变形在顶管施工期内都在不断增长。基于这一点,本文提出了在预防顶管施工出现管节“抱死”的情况下,顶进速度、超挖量之间需要满足的关系式,通过这一关系式,可以在实际工程中由已知的地层参数出发,选择恰当的超挖量与顶进速度,有效预防管节“抱死”。本文还建立了圆形隧洞在岩石地层的长期蠕变下变形的数值模拟模型,该数值模拟模型验证了本文推导的深部岩石地层圆形隧洞径向变形的可信性,岩石隧洞径向变形的数值模拟结果也证明了在Burgers蠕变模型下隧洞长期径向变形会不断增长,长距离顶管施工确实有管节被“抱死”的风险。(2)对于长距离顶进的工程,本文假设顶管行进曲线会在反复纠偏的作用下形成多个“波形”。在设定同样的纠偏角、初偏量、纠偏停止点和相似的初偏角的情况下,每一段纠偏曲线都可以认为具有相同的“波形”。基于这一假设,本文给出了长距离顶管行进曲线的数学描述。崎岖的顶管行进曲线必然会影响整个顶管工程的阻力情况,本文基于顶管行进曲线的数学描述,提出了一套计算非直线顶进条件下的顶管阻力计算公式,并为不同纠偏角下的顶管行进曲线的阻力计算提供了修正系数表。该公式考虑了行进曲线崎岖情况对顶管阻力的影响,并为合适纠偏角的选择提供了依据,过大的纠偏角会使得整个纠偏曲线更为崎岖,顶管阻力更大;过小的纠偏角则会使单个纠偏曲线的最大偏离值更大,使得整个顶管行进曲线的不稳定,需要根据实际情况进行选择。