武汉地区属于长江阶地，地层具有典型的阶地二元结构，下部砂层分布厚，地下水源充沛且承压含水层水压大。在中、深基坑中普遍采用井管降水的方式治理地下承压水。但抽汲地下水势必会引起周边地面沉降或建(构)筑物变形，近年来，因对降水引起地面沉降的机理认识不充分或变形预测不准确导致的工程事故时有发生，造成了无法挽回的经济损失和诸多不利的社会影响。目前在武汉地区大多仍采用基坑支护技术规程中的分层总和法来计算降水引起的沉降量。大量工程实践证明，该方法计算得到的沉降量明显大于实测值，且无法准确地描述沉降的时空分布规律。另外随着基坑工程施工技术的发展，止水帷幕在深基坑降水中的应用越来越广泛，在这种情况下，基坑降水形成的渗流场和变形场将表现出新的不同的规律特征，而目前常用的天汉降水设计软件尚无法考虑帷幕的影响。为适应武汉市城市建设的快速发展，为基坑降水工程提供理论支撑依据，研究降水引起地面沉降机理以及规律，建立适合基坑降水的通用的流同耦合模型以及提出沉降的定量预测方法已成为迫切的需要。　　 武汉长江隧道工程规模大、工程和水文地质及场地环境条件复杂。隧道两端明挖段和盾构竖井的开挖区段位于武汉市的中心城区，周边建筑物星罗棋布，道路交叉纵横，地下管线密度大，并分布有许多文物保护建筑。结合本工程项目，本文考虑流固耦合效应，采用数值仿真计算的方法，深入地分析了存在止水帷幕情况下基坑降水引起的地面沉降的时空分布规律、粘土层释水固结机理，促进了武汉地区基坑降水工程理论的发展。首先，建立武汉长江隧道汉口明挖段基坑降水地面沉降的流固耦合数值模型，通过三维数值仿真计算方法模拟基坑开挖、降水过程，为武汉地区基坑降水引起的地面沉降提供可靠的计算和预测方法，解决了目前地面沉降计算方法的不足。然后，结合数值计算，采用正交试验设计对影响基坑降水引起地面沉降的几大因素进行了敏感性分析，说明了各个因素对沉降影响程度相对大小，对基坑降水方案优化提出了有益意见。　　 归纳起来，本文主要对以下几个方面进行了系统的研究：　　 (1)根据武汉长江隧道汉口明挖断典型地层，通过合理的简化建立三维数值计算模型；基于比奥固结理论，采用FLAC3D对基坑降水过程进行了流固耦合数值模拟，分析了存在止水帷幕情况下，降水后渗流场的时空分布特征以及粘土层的释水规律。分析表明，承压含水层中水流矢量以水平分量为主，在基坑周围斜向下朝基坑内运动，呈现典型的三维流特征，且水流在止水帷幕脚部绕其运动；水头的发展可以分为三个典型阶段：①迅速下降期，该阶段大约处于抽水前2天；②缓慢下降期，大约抽水2～7天期间；③稳定维持期，该阶段地下水处于稳定或拟稳定态，水头不再下降。粘土层中孔隙水压力变化具有明显滞后性和降幅性。　　 (2)将计算得到的水位及地面沉降值与实测值、天汉软件及传统分层总和法的计算结果进行对比，分析了天汉软件计算方法及传统方法的不足之处和基于比奥固结理论的流固耦合模型及三维数值仿真计算方法的可靠性和优越性。分析结果为武汉地区基坑降水的理论发展和工程应用指出了更为科学、合理的思路和方法。　　 (3)基于数值模拟试验，采用正交试验设计的方法，分别从土体参数和降水可控因素两方面进行敏感性分析，包括土体弹性模量、渗透系数、抽水量、井点深度、止水帷幕深度、降水井布置六个因素。分析表明，土体弹性模量影响最大，其次是渗透系数和帷幕深度，这三个因素对沉降影响较为显著，在设计施工中，可以有针对性的采取适当处理或防护措施，为武汉地区基坑降水设计优化和施工提供了有益指导意见。