各类工程盾构隧道施工过程中,常遇到盾构机需通过竖井或者车站基坑的情况,盾构机每过一个基坑就涉及到盾构机进出洞的问题,如果采用先开挖竖井后施工隧道的常规方案,需要采用大量的进出洞辅助措施,风险大,施工工期也长,尤其在电力盾构隧道工程中,因工作井之间距离较短,上述问题更为凸显。为此,近年来工程界尝试采用先隧道施工后工作井开挖的先隧后井施工法。针对先隧后井施工法特点,论文在该工法前期研究工作的基础上,采用室内足尺试验、数值模拟及理论推导相结合的方法对盾构隧道先隧后井施工中的常见问题及其对策进行深入细致的研究,得到一些有益的结论。主要工作及研究成果如下:进行了室内管片足尺抗弯荷载试验,得到相应的荷载—位移曲线,以此为基础,反分析计算获取理论求解采用的曲梁管片刚度与数值计算中不同精度壳、实体管片单元等效刚度。考虑土层—结构相互作用,建立三维精细衬砌环试验模型和三维壳—弹簧试验模型,计算了管片横向抗弯刚度有效率,探讨了错缝拼装及地层作用对管片刚度有效率的影响,为后续考虑横向特性隧道纵向变形与管片张开量计算做准备。研究表明:理论计算曲梁管片和论文模拟管片用的壳、体单元实际刚度占管片理论刚度的等效百分比为8%~34.9%;典型珠三角软土层中,国内常用的盾构管片横向抗弯刚度有效率为0.6,考虑错缝拼装影响后横向刚度有效率为0.71,错缝拼装使刚度有效率增加了17.5%;隧道周边围岩对隧道结构变形产生了显著的影响,管片竖向位移与水平位移比值随土层抗力的增大而增大,两者近似呈线性关系,说明单纯从结构角度出发的模型试验和理论推导中假定管片水平与竖向变形相同存在不足。对盾构隧道先隧后井施工过程进行了三维弹塑性模拟,从管片张开量、紧邻铁路受扰动程度和工作井基坑支护结构控制内力三方面作对比分析,开展了盾构入工作井方案比选,明确了先隧后井施工方案相对更优;在此基础上,针对常规工作井提出了先隧后井施工法主要存在纵向变形张开的问题。而后分析了管片环缝张开分布规律及其主要的影响因素,且根据先隧后井施工法特点,通过正交试验,开展了工作井基坑支护方案优化研究。结果表明:先隧后井施工引起管片环缝张开范围主要体现在靠近工作井5环管片长度内,施工防渗分析可着重考虑近工作井4个接头处;管片张开量受围岩刚度、基坑降水及地震作用影响显著,先隧后井盾构施工时可通过洞口局部加固来有效地控制管片张开;通过正交试验优化得到了更为科学合理的工作井基坑支护方案。在上述管片室内试验与数值试验结果基础上,结合已有研究成果,推导了考虑隧道横向性能与地层抗力作用的盾构隧道纵向等效连续化模型,进而计算得到典型广州地区地质条件下盾构隧道纵向刚度有效率为0.094,约为1/10.6。然后根据双面弹性地基梁理论推导得到隧道纵向变形和环缝张开量计算公式,弥补了现有研究中纵向变形计算存在的不足。通过盾构隧道实例的纵向变形和环缝张开量理论计算值与数值计算结果对比表明,论文提出的隧道纵向变形和张开量计算方法具备合理性。针对先隧后井施工的电力隧道,提出一种无内支撑、节约高效的圆形简易工作井建设思路。开展了简易工作井与常规方案对比分析,借助有限元软件分析开口环管片变形对简易工作井参数的敏感性。以弹性力学基本理论为基础,提出了开口环管片变形的理论计算方法,此外探讨了简易工作井结构设计中的关键技术。研究结果表明:简易工作井施工工艺、可行性及对周围环境影响等方面均优于常规工作井,其造价仅为常规方案的7%,极大节约了成本;简易工作井施工过程中,局部管片破除形成了开口的非稳定结构,导致管片变形显著增大,影响范围主要体现在开口环及其两侧4环管片上,故施工时需对开口环及受影响明显的4环管片设置临时支撑,以确保结构安全稳定;开口环变形受工作井壁厚与周围软弱土层影响明显,其最大位移值随井壁厚度的增加近似呈二次方增长,而井的直径与管片开口环数则对管片变形影响较小,工作井尺寸应在满足整体刚度与净空要求的前提下不宜取大;理论计算开口环管片变形与数值计算结果较为吻合,说明开口环管片变形理论计算思路可行,可用于变形预测;简易工作井应用的关键技术主要包括:(1)井内管片拆除及开口管片临时支撑设计;(2)盾构隧道与工作井基坑连接处局部管片(洞口段管片)及连接接头设计;(3)开口环管片与基坑主体结构连接防水方案。