新建隧道下穿施工引起既有隧道变形是目前工程界的热点和难点问题。城市新建隧道下穿工程日剧增多,新建隧道会不可避免地对既有隧道产生影响。既有隧道保护标准严苛,新建隧道开挖卸荷引起周围土层扰动产生自由土体位移,自由土体的位移引起既有隧道的附加内力及变形,威胁既有隧道的安全。因此研究新建隧道下穿施工对既有隧道的力学机制具有非常重要的意义。理论方面,考虑土拱效应对既有隧道的影响,提出了Double Pasternak弹性地基模型,引入卸荷系数?表征土拱效应,假设上覆土层对既有隧道的压力符合Pasternak弹性地基模型。采用两阶段法推导既有隧道纵向变形的理论解答,通过编程解得既有隧道纵向变形的位移、剪力和弯矩。明确了深埋与浅埋采用不同的计算模型,即浅埋隧道采用Pasternak弹性地基梁模型,深埋隧道使用Double Pasternak弹性地基梁模型。并对隧道埋深、土体损失率、地基模量、剪切模量等参数进行了分析。数值模拟方面,以两处下穿工程为背景,采用有限元对新建隧道施工过程进行三维弹塑性数值模拟,分析既有隧道竖向位移、应力、弯矩和轴力随开挖步增加的变化规律。将有限元结果、现场实测值、理论值等对比,验证了本文理论的正确性。模型试验方面,对比了钢管、硬PVC管、软PVC管、橡胶管的材料参数,采用橡胶管模拟既有隧道,硬PVC管模拟新建隧道,并通过拟定的单向拉伸试验求解橡胶管的弹性模量。采用重晶石粉、石英砂和凡士林按照一定质量比配制Ⅳ类围岩相似土体,在覆跨比(既有隧道上方覆盖层厚度与隧道跨度的比值)分别为0.5、1.0、1.5、2.0、2.5五种情况,既有隧道直径为39mm、32mm、25mm三种情况下,对新建隧道下穿施工对既有隧道的影响进行研究。基于数字图像相关技术和激光测距技术设计了能够研究上覆土层对既有隧道影响的试验装置,采用黑色油漆对隧道断面预制人工散斑,用CCD相机、图像采集卡、计算机、视频灯和相应图像存储介质等组成DIC测试系统。抽取硬PVC管模拟新建隧道的开挖,通过研究隧道破坏前后位移场的变此,得到新建隧道施工对上覆土层的影响规律。采用激光位移传感器、动态信号测试分析系统和计算机组成竖向位移测试系统,该系统可以实时监测新建隧道开挖引起的地表沉降,通过地表的竖向位移研究上覆土层的变化规律。