由于城市轨道交通建设时期不同,新建隧道下穿既有地下结构的案例越来越多。穿越施工影响下既有地下结构的安全性问题已成为城市轨道交通建设的核心问题之一。因此,对隧道施工影响下既有地下结构的力学响应及过程控制进行研究,具有重要的现实意义。本文依托大量北京地区新建隧道下穿既有地下结构工程实践。通过案例统计、理论分析、数值模拟和现场监测等手段,对城市暗挖隧道下穿工程中既有地下结构变形规律、群洞施工影响下既有地下结构的力学响应、基于损伤劣化分析的变形控制标准制定、穿越施工方案适应性分析、安全控制技术等问题进行了系统深入的研究,取得以下成果:(1)依托工程实例,从整体和单个管节两个角度对穿越施工影响下既有地下结构全过程变形进行了分析。研究表明,既有地铁结构整体变形呈柔性;单个管节变形包括整体沉降、纵向旋转、纵向挠曲、相对扭转和变形缝错动。整体沉降、纵向挠曲、纵向旋转最不利情况发生在施工结束阶段,而相对扭转最不利情况发生在施工过程中。(2)基于随机介质理论,推导了浅埋单洞、双洞情况下圆形断面、椭圆形断面、矩形断面、曲拱直墙断面隧道施工地层变形计算公式。以地铁6号线朝-东区间为例,分析了台阶法、多导洞法、洞桩托换法及中洞法施工影响下的地表变形。采用两阶段分析方法,得出下穿施工影响下既有地下结构的力学响应,并对其影响因素进行了分析。研究结果为最大变形预测方法的提出提供了数据支撑。(3)通过搜集北京地区运营隧道结构的损伤劣化案例,在对结构裂缝、钢筋锈蚀、混凝土碳化、混凝土表面损伤、混凝土强度衰减等病害机理进行研究的基础上,建立了地下结构损伤劣化与运营时间的关系。同时,提出了基于损伤劣化的既有地下结构变形控制标准的确定方法,确定了既有地下结构的变形折减系数,最终实现对既有地下结构理论控制标准的定量化折减。(4)基于工程实例及两阶段法分析,建立了既有地下结构特性、新建隧道施工方案及既有地下结构最大沉降相互对应的三维关系。综合考虑地质条件、新建隧道断面尺寸、新建隧道施工方法、新旧结构间距、既有地下结构断面尺寸、既有地下结构埋深等因素对既有地下结构变形的影响,提出了一个预测既有地下结构最大变形的方法。同时,提出了穿越施工方案适应性的概念、适应性分析的三个步骤及适应度的计算公式,并对适应性进行了分级。(5)在上述研究的基础上,建立了穿越施工过程控制体系。该体系包括了三个主要阶段:"施工前优化施工方案"、"施工中动态控制"、"工后评估及恢复"。考虑既有地下结构的损伤劣化,根据适应性分析选择合适的施工方案,并根据变形监控实现过程控制。该体系可实现下穿施工精细化控制,在北京地铁6号线朝-东区间下穿既有地铁车站的工程施工中进行了成功应用。