在都市内采用浅埋暗挖法修建大型的输水隧洞，工程条件复杂，技术难度大，有必要进行专门研究。有限元法辅助浅埋暗挖输水隧洞结构设计，是具有重要现实意义和理论意义的课题。本文以有限元法为手段，研究和浅埋暗挖隧洞结构设计密切相关的几个内容：浅埋暗挖隧洞的围岩应力路径、初期支护的模拟方法、地表沉降评价、对既有结构（桥基、地下通道、管线）的影响等，提出使用有限元法辅助浅埋暗挖隧洞结构设计的基本方案。本文的研究为水利行业使用有限元法系统地分析浅埋暗挖输水隧洞提供参考，从而达到推广有限元法在辅助浅埋暗挖隧洞结构设计领域应用的目的。 研究依托南水北调中线北京西四环暗涵工程进行。西四环暗涵属于大型输水工程，采用浅埋暗挖法施工，所在地层软弱，沿线穿越地下通道、管线、桥基多处，整个工程有相当大的难度，在国内尚属首例。 本文研究以数值计算为主，结合理论分析、与现场监测数据比较，得到以下主要成果： （1）揭示了施工扰动使隧洞围岩主应力大小和方向发生明显改变的区域，给出了隧洞围岩8个典型区域在施工过程中所经历的复杂加、卸载过程和主应力方向变化规律。本文研究发现：人们所广泛认可的“隧洞开挖本质是原始地应力场的卸载”的观点，对于在软弱地层中浅埋暗挖的隧洞而言并不确切。提出了在采用有限元辅助隧洞结构设计时，在不同的施工阶段，围岩使用加、卸载参数的实用方法。 （2）提出了有限元法辅助浅埋暗挖隧洞设计时，采用开挖的同时施加初期支护来模拟及时支护，对支护早期力学参数进行折减以模拟喷混凝土的滞后，并考虑支护的力学参数随龄期变化。论证了用这种方法计算得到的初期支护应力成果，可以为设计经济合理的支护结构提供依据。 （3）提出了依据地表竖向位移有限元计算值评价沉降是否满足设计控制标准的方法。该方法可供北京地区第四纪地层中的浅埋暗挖隧洞工程参考。所采用的留有安全裕度的作法可供其它地区的类似工程借鉴。 （4）研究了隧洞暗挖施工对地下通道、管线和既有桥基的影响。三维有限元方法分析隧道施工对既有通道的影响，可为隧洞设计和评价通道安全状态提供更准确的依据，降低工程成本。提出了分析浅埋隧洞施工对地下管线影响时，根据管道的刚度和尺寸不同而采取不同的模拟方法。提出了两个隧洞近接穿越桥基时的有限元辅助设计的计算方案。据此方案，对隧洞近接穿越钻孔桩、挖孔桩和沉箱桩进行研究，总结规律，为类似的工程和有限元法辅助设计提供参考。 （5）研究了隧洞布置超出水利规范限制的特殊问题。在隧洞穿越桥基时，两个隧洞间距过小，远超出水工隧洞设计规范的限制，隧洞近接桩基，施工条件非常不利。研究表明，采用适当的施工方法，施工期隧洞和桥基的安全均可得到保证。这已得到现场监测结果的验证。此研究可为类似工程和有限元法辅助设计提供有价值的参考。 （6）建立了有限元法辅助浅埋暗挖输水隧洞结构设计的基本方案。该方案辅助设计的大量计算成果的有效性已得到了现场监测资料的验证。采用该方案进行计算分析，可以为浅埋暗挖隧洞结构设计提供更科学的依据。 本文的研究丰富了在软基中修建输水管涵分析理论和方法，对设计和施工具有重要的指导意义。为水利行业使用有限元法辅助浅埋暗挖输水隧洞结构设计提供了较为系统的参考。对使用浅埋暗挖法施工的市政、交通、地铁等隧道工程同样具有重要的借鉴价值。文中大量的计算实例为北京西四环暗涵工程的设计和施工提供了依据。