随着我国经济快速发展和城市规模的不断扩大,城市建设用地日渐短缺,城市地面交通也日渐拥堵,为了解决这一矛盾,地下空间开发和利用越来越引起重视,我国正进入城市地下空间大规模开发利用的时代,地下轨道交通与此同时发展迅速,特别是在城市较大、地铁线路较多的情况下,地铁需要增添过渡线,双孔甚至多孔隧道随之出现,从而隧道围岩、上覆岩土体、地表不仅受到单个线路隧道施工的影响,而且还会受到近距其他线路隧道施工的影响,导致隧道围岩、上覆岩土体、地表均会受到重复扰动,从而使隧道围岩变形、上覆岩土体下沉和地表沉降更加复杂。针对上述问题,本文将隧道围岩、上覆岩土体乃至地表视为共同相关体,研究多孔隧道施工重复扰动条件下的地层变位(围岩变形、上覆岩土体下沉和地表沉降)问题,从根源上研究揭示地表沉降的来龙去脉,正确认识隧道施工引起地层变位最终传递到地表的沉降规律,以期能够准确预测类似工程的地表沉降;同时,结合三孔隧道的具体工程,提出“左右侧隧道依次先行施工、中间隧道后行施工的优化设计方法和沉降风险控制对策”。本文开展的主要研究内容和相应研究成果如下:(1)在总结国内外大量文献资料研究分析的基础上,基于地表沉降的Peck公式曲线,以单孔隧道施工引起地表沉降的特征、规律为基础,定性研究了双孔隧道和三孔隧道施工引起围岩应力和变形的叠加原理,揭示了上覆岩土体乃至地表的沉降累加效应及其力学根源,分析提出了重复扰动条件下地表沉降的特征、规律;同时,基于三孔隧道施工引起围岩应力叠加现象,分析了三孔小净距隧道浅埋围岩压力的计算理论。(2)在研究多孔隧道施工重复扰动条件下的地层变位(围岩变形、上覆岩土体下沉和地表沉降)复杂力学机制基础上,提出了隧道开挖影响传播角和重复扰动系数的概念,并引入覆岩下沉和地表沉降的预测模型中,从而改进了覆岩下沉和地表沉降的预测模型,建立了多孔隧道施工重复扰动条件下的覆岩下沉和地表沉降新型Peck公式预测模型,从而丰富了Peck公式预测理论体系。(3)以青岛地铁1号线双孔隧道正线、瓦屋庄站引出线与隧道正线形成的三孔小净距隧道工程为原型,分别建立单孔隧道、双孔隧道和三孔隧道数值模型,进行系统的数值模拟研究和验证工作。既验证内容(1)和内容(2)的研究结论,又进一步扩展研究和分析三孔小净距隧道施工引起地层变位的复杂性及其表现得规律,特别是研究多孔隧道施工中重复扰动对围岩变形的叠加耦合作用和地表沉降的累加量值规律,以期指导多孔隧道施工的围岩变形控制、支护设计以及地表沉降量值预测、沉降风险控制。(4)基于上述研究成果,并运用ABAQUS有限元软件建立隧道模型进行进行分析计算,对平行三孔小净距隧道施工进行了优化设计,科学地确定了最佳的各隧道先后施工工序、各隧道施工工作面纵向间距和各隧道施工步骤,对多孔隧道工程的设计施工提供了重要参考;经现场施工实例验证,本文的三孔小净距隧道施工设计科学合理,其理论研究结果和数值模拟计算结果与现场实测数据对比验证,结果吻合。本文利用定性分析、理论研究、数值模拟验证、数值模拟扩充研究、现场监测验证、实际工程应用验证等手段,研究揭示了多孔隧道施工重复扰动引起的地层变位乃至地表沉降机理和规律,并结合现场的三孔隧道施工工程实例,进行了施工优化设计,为后续浅埋多孔隧道近距施工优化设计和地表沉降风险控制提供了重要的理论依据,也促进了隧道施工引起地层沉降方向的进步。