21世纪是地下空间开发的世纪。面对城市土地资源使用紧张、环境污染加剧等一系列的问题，人们把目光投入到地下。自20世纪80年代，开始了对地下空间的大规模开发利用。处于起步阶段的地下空间开发产生并遇到了一系列新问题，如缺乏法律、规范等的约束，使地下空间开发缺乏具有合理性的整体规划；对产生的环境问题科学认识不足而对继续开发形成的阻碍作用等。由于地下空间开发的力度不断加大，地下工程引发的环境效应问题已经显现并成为继续开发地下空间的障碍。因此，对地下工程的环境效应进行广泛、深入的研究，不仅为规范化发展地下空间提供技术支撑，而且为促进地下空间合理、深入开发提供有力保障。一些国家的学者已经从地质的角度有针对性地开展了研究工作。 由地下工程、特别是城市浅埋地下工程引发的地面变形问题，作为地下空间开发产生的环境问题之一，具有普遍性和灾害性。地质环境是个复杂的系统环境，地面变形作为地质工程引发的环境工程，是一个复杂的系统过程。影响地面变形的因素具有复杂性和多样性的特点，且各影响因素之间相互影响、相互作用。除了统计的规律，目前没有任何理论或方法能包容这一切。 普通方法研究地面变形问题遇到的最大障碍是参数获取的有限性和各影响因素间相互作用的随机性、模糊性和不确定性等。作者基于系统论和优势面理论的观点，使用地质与力学相结合的研究方法，对地下工程引起的地面变形问题进行了思考，并探讨了解决问题的新思路。 客观世界的规律性和趋势性为解决复杂问题提供了可行性。抓住事物发展的总体趋势性，充分利用个体的特性作为边界条件，使复杂的问题简单化并得到满意的解决。从地质工程的角度把握地面变形的宏观趋势是解决地面变形灾害的关键所在。 根据地面变形产生的地质背景，将工程地面变形问题归结为地下开采的效应，并划分为3个层次，即输入层、中间层和输出层。输入层即开采体，具有明确的定性、定量描述；输出层即开采对地面的影响(地面变形)，具有一定的概率统计规律；中间层即受扰动岩土体，其在向输出层传递输入层信息的过程中充满了离散性、随机性、模糊性。3个层次的划分为建立合理的分析模型奠定了基础。 复杂系统的研究可以根据其时空尺度效应划分大系统和小系统，并建立系统间的纽带，使复杂问题向控制因素明确的简化或概化问题转换。 根据时空尺度，地面变形可分为区域地面变形和场地地面变形两类。区域地面变形是地球动力系统各子系统综合作用的结果，是自然因素主导的背景研究。区域地面变形是不可控制的，对其研究的目的在于从宏观上确定场地的优良等级，进行合理区划，为场地地面变形分析研究提供依据和指导。 场地地面变形是自然因素与人为因素共同作用的结果，以人为因素为主导。场地地面变形的研究目的在于建立合理的个性化模型、寻求合理的地面变形灾害预测方式和治理措施，降低灾害、规避灾害，满足当前工程和可持续发展的需要。根据被开采对象的性质差异，将场地地面变形分为固体开采引起的地面变形和流体开采引起的地面变形两类。 对于复杂的问题，从概率和风险的角度，寻找代表的概率最大的影响因素作为最优要素进行分析，并解决关键问题。 根据综合分析影响地面变形的因素，对区域地面变形建立了区域地层优势指标GT、区域地下水优势指标WT、活动断裂优势指标FT及大地构造优势指标TT；对固体开采引起的地面变形建立了埋藏优势指标(DR)、时间优势指标(TR)、扰动岩土体物理力学优势指标(MR)、场区优势断裂指标(ZR)、采空区处理方式优势指标(PR)；对流体开采引起的地面变形建立了开采体规模优势指标(VL)、孔隙压力变化幅度优势指标(PL)和场区优势断裂优势指标(FL)。 量化的优势指标系统的建立，实现了机制模型的量化表征，同时为定量分析提供了直接的控制因素、影响参数和影响程度。同时，优势指标的建立，还使经验知识得以传递，并能直接应用，具有现实的工程意义。 根据优势面理论，建立优势指标体系，并对相应的地质模型进行分析，抓住影响对象个性的主要矛盾，并判断其影响的程度，找出解决问题的关键。选择与地质模型相匹配的数学力学模型，最终量化解决现实问题并为工程服务。由于地质模型各参数有明确的含义，因此选择量化数理模型时，参数的物理意义已经不是考虑的重点，更多的是一种处理的手段，为进一步的研究和应用打开了思路，也为经验法等快捷有效而参数无明确意义的方法的使用提供了途径。 本文应用以上思路和建立的优势指标体系，对南京地铁盾构隧道和西气东输三江口过江盾构隧道的地面变形问题进行了研究，通过总体分析、分区评价、模型处理，取得了满意的效果。并提出了具有针对性的改进建议和预防措施。通过两个实例体现了地质因素的控制作用，只有与地质模型相结合的力学模型才能真正应用于工程，并对地面变形灾害的控制提出了针对性的措施。 本文应用优势面理论的原理对地下工程引起的地面变形问题进行有广度、有大地质环境背景的分析，并建立了地面变形优势指标体系，又提出了依靠个体的差异性和时空性分析复杂问题的思路，建立体现地质原理与力学原理相结合的分析模型和分析方法，使地面变形研究有了新的动力和进展。本文的研究，丰富了优势面理论地下工程分支体系研究的内涵，对实际工程问题的解决也提供了一个新的途径。