地下空间开发利用是缓减城市发展带来的人口、住房、交通、环境等突出问题的重要手段;为了地下空间立体布局及与地面建筑协同发展,城市地下交通中的隧道工程及地下管廊建设已成为我国城市发展中不可或缺的一环。随着修建数量增长、分布范围扩大、地层环境愈加复杂,必然涉及到诸多“穿越工程”或“近接工程”,隧道掘进引起的地层位移以及应力释放将不可避免地造成周围桩基沉降、变形甚至失效,进而影响邻近构筑物安全及整体稳定性。本文通过文献综述对隧-桩相互作用及小孔扩张理论与工程应用进行了归纳总结;针对隧道下穿桩基问题,采用有限介质小孔扩张-收缩理论分析和三维数值模拟等研究手段,开展了隧道掘进对既有桩基承载力和沉降影响研究,并探索了隧道与邻近桩基相互作用的力学机理。主要研究内容和取得的主要成果如下:(1)基于Mohr-Coulomb屈服准则和大应变假设,推导得到了有限介质中小孔扩张-收缩统一解析解。通过与还原的无限介质小孔扩张-收缩解对比验证了提出解析解的正确性;由参数分析得到了土体不同物理力学参数对有限介质小孔扩张-收缩过程中孔壁内压、塑性区半径和应力分布的影响规律。将小孔扩张-收缩理论推广至边界位移不变条件下的扩张-收缩解析解,得到了有限介质小孔扩张-收缩完整解答。(2)基于有限介质小孔扩张理论,提出了桩基承载力和沉降计算方法,与前人方法、现有规范及现场试验对比,并验证了结果的合理性;基于有限介质小孔收缩理论考虑地表边界效应,结合镜像法求解了浅埋隧道开挖引起的土体应力场和位移场。在此基础上建立了隧-桩相互作用模型,预测得到的地层损失引起的桩基归一化沉降趋势与离心实验结果一致;研究分析了不同桩长、桩径、隧桩间距等因素对于隧道开挖对桩基承载力及沉降造成的影响。采用CASM本构模型建立隧-桩相互作用模型,提出了隧道开挖对桩基影响的安全距离判据,将桩基承载力控制准则、稳定控制准则和变形控制准则作为桩基安全性能评价依据。(3)采用有限元法模拟隧道开挖全过程对桩基承载力和沉降影响。在三维数值模拟中考虑了土仓压力、注浆压力、注浆硬化过程、开挖土体的模量变化等实际施工工况,研究了隧道开挖造成的土体水平位移、竖向位移规律变化和对不同桩长、隧桩间距造成的影响,并与理论计算值进行了对比,验证了模型的正确性。该论文有图70幅,表5个,参考文献91篇。