随着我国经济快速发展和城市化进程的不断加速,城市地下空间开发利用越来越受到人们的广泛关注。其中,城市地下立交是近年来出现的地下空间开发利用形式之一,而在城市修建大型地下立交,其难点在于地表建筑群密集、选址地域限制大、地形地质条件复杂、主洞断面净空大、各群洞分层交错、净距复杂多变等,这是一个复杂的三维空间问题。本文以规划中的重庆朝天门两江隧道地下立交工程为依托,探讨合理的地下立交形式和施工方法;采用有限元数值模拟方法分析不同围岩条件和开挖方法对地下立交隧道稳定性的影响,并对地下立交开挖后地表变形规律及地下立交喇叭口隧道的施工力学效应进行了探讨。得到以下主要结论:①以朝天门地下立交址处已有路网为基础,通过对安全性、施工难易程度和工程量等因素的分析,得出半定向Y形立交形式为较适合拟定的朝天门两江隧道地下立交的可行方案。②全断面法、台阶法和单侧壁导坑法三种开挖方法下施工力学效应的对比分析结果表明,采用单侧壁导坑法开挖引起的洞周位移、衬砌内力、塑性区分布都较其它两种开挖方法小。因此,单侧壁导坑法应为朝天门地下立交工程较合理的开挖方法。③对在不同围岩条件下,两条隧道随其净距变化的相互影响程度进行了研究,并提出用拱顶位移的相对影响度来分析两条隧道的相互影响程度,结果表明,当隧道净距超过4.13倍隧道跨度时,两条隧道的相互影响程度趋于稳定。④对地下立交开挖后地表变形随围岩级别、支护条件、地表荷载、隧道埋深的变化规律进行了数值模拟。结果表明,随着围岩条件变差,在洞室无支护条件下,地表的沉降量和倾斜值有明显的加速变大趋势,而在有支护时,基本上成等比率增大趋势;地表倾斜值随隧道埋深增加总体呈减小的趋势。⑤通过对洞周位移、初期支护内力、围岩应力和塑性区开展四个方面的分析研究了喇叭口隧道施工力学效应,结果表明,喇叭口交叉部位和洞室角部初期支护内力较大,初期支护极有可能发生破坏,在匝道间净距较小情况下,中隔岩受力状态较差,往往存在拉、压应力同时集中和偏压扰动剧烈等不利情况。