地铁、地下快速路、各类市政管道的建设呈现网络化趋势,不同地下结构空间交叉现象增多,形成隧道穿越交叉节点。穿越交叉节点处由于隧道-土层-隧道之间的相互作用导致其受力变形复杂,不仅在隧道交叉穿越施工过程中需要特别注意,在交叉节点形成后的长期运行安全也会受到邻近工程荷载的影响,因此有必要对交叉隧道节点处的受力变形情况进行研究。目前国内外针对邻近既有地铁隧道的新建基坑或隧道的施工影响研究较为充分,主要关注于交叉节点形成过程,但是对于邻近工程作用下交叉隧道节点受力性状的研究较少。本文采用室内模型试验和三维数值分析,研究了地面堆载下的隧道交叉节点处交叉隧道的受力变形特性。首先进行交叉隧道室内模型试验,测试分析地面堆载作用下交叉隧道的受力变形特征并通过与试验条件一致的数值模型,验证其可靠性。采用同样的数值方法建立了真实尺寸的交叉隧道模型,分析地面堆载作用下的土体沉降,隧道变形等响应特征,探讨了不同因素对交叉隧道的影响规律。最后提出交叉隧道竖向变形的解析分析方法,便于快速计算交叉隧道竖向变形。主要研究内容和成果如下:1、结合室内试验和数值分析,测试分析了地面堆载作用下交叉隧道受力变形的基本特征,并验证了数值分析模型和方法的有效性。研究提出了采用复合模型节拼接组成的隧道模型,该模型既可以模拟管片接头对隧道受力变形的影响,又可以较为方便地安装传感器,可用于今后同类模型试验研究。采用此隧道模型开展交叉隧道的室内试验,测试隧道结构的应变和竖向位移,结合数值模型,探讨不同条件下穿越交叉隧道的受力变形特征。模型试验和数值分析均表明,地面堆载作用下交叉隧道产生相互影响,上部隧道在交叉点处竖向位移最大,而下部隧道在交叉点两侧受力变形最大,其变形特征不同于上部隧道。2、建立真实尺寸的交叉隧道数值模型,系统地开展了参数分析,研究地面堆载作用下隧道穿越交叉节点处的响应规律。采用壳单元模拟隧道管片,设定接触面的方式处理隧道-土体界面,对隧道结构整体刚度进行合理等效,研究了地面堆载作用下隧道交叉节点处交叉隧道的受力变形特性。结果表明地表出现不均匀沉降,上部隧道沉降变形大于下部隧道,且沉降最大处发生在地表堆载中心对应的上部隧道位置处。上部隧道的曲率半径最小值小于下部隧道,且上部隧道的最小曲率半径出现在沉降最大处,下部隧道的最小曲率半径出现在沉降最大处两侧。上部隧道的相对弯曲最大值大于下部隧道,且上部隧道和下部隧道的相对弯曲最大值均出现在交叉点两侧。这是因为上部隧道埋深较小,受地面堆载作用的影响较大,所以上部隧道的最大沉降大于下部隧道,相对弯曲大于下部隧道。同时,下部隧道由于受到上部隧道的影响,其在交叉点处的受力小于其交叉点两侧受力,因此下部隧道的曲率半径最小值出现在交叉点两侧。特别是当沉降和最小曲率半径尚未达到规范限值时,最大相对弯曲会出现接近规范限值甚至超过的情况,这说明判定隧道结构安全时,相对弯曲更为重要。3、本文采用解析方法,研究了上部加卸载作用下交叉穿越隧道的竖向位移计算方法。考虑土体与隧道、隧道与隧道相互作用的耦合效应,通过引入Boussinesq解和Mindlin解,提出了地面荷载下交叉穿越隧道竖向位移的解析公式,并可通过编程求解。通过与模型试验和三维有限元的结果对比,验证了本文方法的合理性。研究成果可以用于工程问题的快速评估与初步设计。