地面沉降是在人类工程经济活动影响下，由于地下松散地层固结压缩，导致地表标高降低的一种工程地质现象。西安地面沉降主要由城区地下水过量开采，致使承压水位下降所引起，加之构造作用的影响，在地面沉降的陡变地带往往形成地裂缝带。西安地面沉降及地裂缝已成为困扰西安建设的重要地质灾害，给城市建设和规划带来了重大损失，大大制约了西安市的可持续发展，对目前西安大规模城市轨道交通建设带来了严重的安全隐患。因此，开展西安地面沉降对地铁隧道影响机制的研究具有重要的现实意义和工程应用价值。本文首先介绍了西安地铁沿线地面沉降的基本特征，包括区域地质背景、地层岩性、地质构造、新构造运动与地震以及水文地质条件，分析了构造运动、地下水、地层以及工程建设活动等因素对地面沉降的影响，然后以西安地铁3号线为工程背景，重点阐述了地铁3号线沿线地面沉降发育现状和分布规律。在此基础上，以西安地铁3号线穿越鱼化寨地面沉降凹槽中心为研究对象和原型，通过几何比例尺1∶25的物理模型试验，分别研究了地铁隧道穿越地面沉降凹槽中心长轴和地面沉降凹槽中心外侧边缘时地面沉降加剧对地铁隧道的影响机制以及地面沉降引起隧道围岩应力位移场的变化规律，包括结构应力应变、结构纵向变形、围岩地层中土压力的变化和地表沉降变形等。结果表明：穿越地面沉降凹槽中心长轴时隧道底部受拉明显，隧道顶、底部土纵向土压力影响长度分别约为沉降区域凹槽长轴D(2m)的1.25倍和1.2倍，沉降量S为120mm时，地表位移变化区域约为2.25D，地表最大沉降值S地纵=0.051S水，隧道顶部最大沉降值S隧道=0.058S水；穿越地面沉降凹槽中心外侧边缘时隧道顶部中段受压，两侧受拉，相对于沉降区域凹槽长轴D(2m)，隧道顶、底部土纵向土压力影响长度分别约为0.75D和0.8D，沉降量S为120mm时，地表位移影响区域为2.2d，地表最大沉降值S地纵=0.022S水，隧道顶部沉降最大值S隧道=0.027S水。本文模型试验结果可为西安在建地铁3号线以及后续建设线路穿越地面沉降区域的规划设计提供科学依据和技术保障，也可为我国其他地面沉降活动地区的地铁施工建设提供参考与借鉴。