地下轨道交通,作为城市公共交通的重要形式,是解决城市交通问题的根本出路。以北京市为例,按照2050年的轨道交通线长期规划,轨道交通总里程将超过1000km；大规模的轨道交通建设导致新建线路穿越既有线工程的出现,如果对穿越工程的理论认识不足或采取的工程措施不当,将有可能对既有线的正常、安全运营造成影响:在穿越既有线的工程中,可采用上穿或下穿方式,与下穿相比,上穿具有施工安全风险低、工程造价低、车站运营成本低、换乘方便、不受承压水影响等优势。目前,上穿工程的工程成功案例及相关研究较少,仍处于经验探索阶段。可以预计,随着地铁上穿工程相关理论的发展和逐步完善,上穿工程会越来越多。因此,亟需对城市地铁上穿工程中既有隧道结构的关键技术问题进行系统地研究。　　 本文在广泛研究已有相关成果的基础上,采用理论分析、数值模拟及现场监控量测等方法,主要包括以下研究内容:　　 (1)借鉴成功的地铁上穿工程经验,提出了既有隧道结构的变形控制体系,上穿工程中的技术要点及上穿工程中的工作流程,其中工作流程按照时间先后顺序划分为上穿实施前、上穿实施过程中、上穿实施完成后三个阶段,并提出了各个阶段的具体的工作内容。　　 (2)基于集中荷载作用于土中的Mindlin解,推导了矩形均布荷载作用于土体中角点应力公式,讨论了全部弹性半空间无限体内附加应力解的情况,推导了弹性半空间无限体内任一点附加应力系数解析表达式,同时将公式退化到Boussinesq解,验证了公式的正确性；利用叠加原理与坐标平移原理,推导了双矩形均布荷载下附加应力公式,为分析上穿地下结构卸荷效应奠定了基础；　　 (3)根据卸荷附加应力解析公式,研究了新建隧道开挖卸荷参数,如卸载面积、卸荷中心与既有隧道的水平距离及垂直距离、土的泊松比、双矩形卸载中心距离等对既有隧道结构所受卸荷附加应力变化规律；在此基础上,不考虑地铁隧道本身刚度与地层差异的影响因素前提下,利用弹性地基梁理论,得到了既有隧道纵向上浮变形计算的解析公式,分析了卸荷参数对于地铁隧道最大上浮变形量以及纵向上浮变形曲线的影响,提出了既有隧道结构的纵向变形模式及不同变形模式下的变形函数；　　 (4)采用数值模拟法,建立FKAC3D地层-结构模型,将数值计算结果与实际监控量测结果进行对比分析,对数值计算模型进行了有效性验证。在此基础上,对既有线的抗浮加固措施效应,如深孔注浆加固地层、中空预应力抗浮力锚杆进行了研究,同时,对导洞的时空效应、合理注浆加固范围、主动加固与被动加固措施效应、新旧结构的间距进行了研究。此外,采用二维弹塑性动力数值分析方法,探讨了既有1号线区间隧道列车荷载激振引起的上部土体位移与附加动应力变化规律。　　 (5)根据变位分配原理,提出了地铁上穿工程中的既有隧道结构变位控制流程,为了将总变形值控制在允许的范围内,按照允许值的70％、80％作为预警值、报警值,将控制值分解到每一施工步骤中,确保每一步序的结构变形值都在控制指标内；制定了分布控制标准及既有线上浮变位分配控制曲线,最终根据此标准作为指导上穿工程施工及监测的依据；　　 (6)按照已建立的上穿工程技术体系,对地铁4号线西单站上穿既有1号线既有区间隧道工程的成功经验、技术措施进行系统地总结分析,与专项设计及现场监控量测结果对比分析,对卸荷计算结果、施工效应分析结果等进行了验证,并优化原设计方案。　　 通过对上穿工程中关键问题系统地研究,并对已经成功实施的上穿工程中宝贵的经验进行及时的总结,可为今后类似工程提供参考和借鉴,促进上穿近接施工理论的发展,以便能指导更多的实践工程。