随着城市地下空间的不断开发和利用,必将出现更多、更复杂的穿越地下管线的隧道工程。隧道开挖改变了管线周围的地层环境,影响地下管线的受力状态并引起管线变形。管线变形超限将发生破坏,从而影响城市的生产工作和居民的日常生活。可见,降低管线破坏的风险十分重要,而其中核心和关键环节是根据土层变形计算管线的变形和内力。目前,对于管—土相互作用的理论研究中,均假定管—土始终保持接触,而且忽略了管线接头处刚度及转角的不连续性和管线竖向变形引起的轴向应力、应变及其不均匀性,这使得管线变形和内力计算方法的准确性和适用性不足。因此,对管—土相互作用进行理论研究,改进既有的管线变形和内力计算方法具有重要的理论价值和实践意义。本文结合理论分析与有限差分法,分别对匀质管线和带接头管线进行讨论,研究隧道开挖影响下的管—土相互作用,对地层位移引起的管线附加变形计算中的不足加以改进,提出了相应的计算方法。本文主要研究成果如下:(1)从大变形理论出发,建立了匀质管线的控制微分方程;考虑管线轴力的非均匀性,采用有限差分法对微分方程进行解答,与既有文献对比,验证了本文方法的正确性;计算得到了轴力的分布规律,分析了差分解与级数解间的差异及产生原因,探讨了轴力非均匀性对匀质管线变形及内力的影响。(2)针对浅埋地层中刚度较大的匀质管线,考虑管—土分离的情况,采用阶梯函数,描述管线的脱空,采用有限差分法计算了管线变形及内力,对比了管线脱空与不脱空两种情况下管土相互作用的差异。(3)在传统弹性地基梁微分方程中,引入相当荷载;在接头处增加边界条件,使相当荷载的施加等效于接头的刚度折减,使接头产生相对转角,推导了相当荷载与管线竖向位移二阶导数的关系,建立了带接头管线变形的控制微分方程。(4)采用有限差分法对微分方程进行了求解,并以有限元数值模拟验证了差分方法的正确性;对多组计算工况进行分析,探究了管线接头数量、接头与隧道开挖轴线的相对位置关系和接头刚度对管线变形、内力和接头相对转角的影响规律;认为管线接头在沉降槽中心时,对带接头管线的变形最不利。(5)基于管线接头的最不利位置,采用单因素分析法,探究了地层因素和管线参数对带接头管线变形的影响规律:认为地层因素与管线变形主要呈正相关关系,管线参数与管线沉降槽宽度呈正相关关系,与管线竖向变形和接头相对转角呈负相关关系。