随着城市地下空间工程的开发,既有地铁隧道线路周围荷载变化越来越复杂,外界荷载变化对邻近地铁隧道的变形影响成为城市地下空间开发利用过程中不可忽视的关键技术问题。目前国内外主要针对既有运营隧道受近邻单一加载或者卸载作用影响方面开展了广泛的研究,而关于考虑场地工程地质条件下黏弹塑性材料材性影响的加载与卸载叠加效应下施工全过程对既有隧道受力变形影响的研究还较为少见。本文采用有限元方法,采用有限元软件Midas GTS基于郑州东区某地下空间工程案例建立三维数值模型,模拟研究堆土加载、移土卸载再叠加基坑开挖施工对下部既有隧道的变形影响。主要研究内容和得到的结论如下:(1)分析堆土加卸载过程中堆土的高度、沿隧道横向和纵向堆土的长度、堆土坡脚和隧道的水平距离以及堆土与隧道的垂直间距等因素变化时堆土加卸载对隧道变形规律的影响。研究表明:堆土高度相对于其他因素对隧道变形影响显著,堆土移土卸载后,隧道残余变形比例随堆土高度的增加而增加;堆土长高比相同时,不同堆土高度下隧道变形速率相等,随着长高比的增加,隧道变形由增加逐渐趋于稳定;隧道不同端点的水平变形趋势与堆土和隧道的相对水平位置密切相关;隧道水平位移和竖向位移随堆土与隧道垂直间距的增加而减小。(2)分析基坑开挖阶段基坑与隧道水平净距、基坑开挖深度、隧道埋深和基坑围护结构等因素变化时对隧道变形规律的影响。研究表明:随着基坑与隧道水平间距的增大,隧道变形逐渐减小,隧道总位移矢量方向有逆时针转动趋势,最大变形位置越来越接近左拱腰;基坑开挖深度不同时,隧道变形与地连墙变形密切相关;由于基坑坑底与隧道相对竖向位置不同,隧道竖向位移产生隆起或沉降的不同变形;地连墙厚度与插入比对隧道变形影响不大。(3)讨论堆土和基坑与既有隧道相对空间位置关系不同时,建立四个不同的堆土和基坑的叠加模式,分析每个叠加作用模式下施工过程对既有隧道的水平、竖向以及伸长收敛变形情况。研究表明:正上方堆土-基坑开挖能使隧道最终变形恢复到初始状态,不同叠加模式下隧道竖向位移最大值发生在堆土加载阶段,水平位移和收敛变形最大值发生在堆土加载或基坑侧方卸载阶段。(4)对某工程实例建立三维空间模型进行模拟分析,得到堆土加卸载叠加基坑开挖卸载整个过程隧道的竖向和水平向变形规律以及弯矩的变化规律。研究表明:隧道正上方加卸载对隧道的影响远大于侧方加卸载,堆土加卸载阶段对隧道的影响主要为竖向变形,基坑开挖阶段对隧道的变形影响主要与基坑和隧道的相对位置有关;经堆土加载后卸载,隧道结构不能恢复到初始状态,隧道中心截面弯矩曲线大致呈葫芦状分布;将数值模拟结果与实测值进行了对比,验证了有限元模型建立的有效性,并结合工程实例结果提出了隧道保护措施。