随着我国地铁交通建设的不断发展,地铁施工条件受到越来越多的限制,尤其以在老城区为代表的盾构隧道建设中经常遇到十分复杂的地下环境,如地下埋设管线结构与周围土体早已达到位移场及应力场的平衡状态,盾构施工产生的地层损失往往会造成地表土层产生位移,尤其是在叠线隧道多重扰动下,地表土层的位移变形十分复杂,进而影响管线的正常使用,危及城市生活的安全和利益。本文根据叠线盾构隧道的施工特点,基于复变函数理论研究叠线盾构变形与受力变化规律,此外建立了三维有限元模型,研究复杂环境下叠线盾构开挖对地表土层变形的影响。主要研究内容如下:(1)针对郑州地铁叠线段区间隧道工程案例,分别对监测的地表沉降,燃气管线沉降和叠线先行线管片附加应力结果进行分析,归纳总结了复杂叠线隧道施工的特点。(2)利用复变函数理论和Schwarz交替法提出了半无限弹性平面内叠线隧道位移半解析算法,并通过计算机编程顺利实现了求解过程,得到半无限弹性平面叠线隧道在开挖过程中的地表变形和洞周位移,分析叠线隧道单洞叠加影响,并以有限元计算结果进行验证。在此基础上考虑叠线隧道开挖时的空间位置因素,如:叠线隧道不同埋深、叠线隧道不同间距,得出空间位置因素影响下地表土层的变化规律。(3)利用有限元软件,采用合理的本构模型,建立郑州地铁叠线工程精细化三维计算模型,重点分析复杂环境下叠线盾构隧道施工开挖对地表沉降和管线的影响,管线沿掘进方向的地表沉降的计算结果与现场监测进行拟合,验证了方法合理性后,并进一步对叠线盾构施工环境下管线的变形与安全性进行分析。(4)通过有限元方法,考虑叠线盾构隧道开挖时施工因素,如:叠线隧道不同开挖次序、施工克泥效填充、盾构顶推力和注浆压力,分析单因素施工控制对于地表土层的变化规律。(5)以郑州地铁叠线区间工程实例,结合复变函数理论、数值模拟方法和施工现场监测数据三方面方法,分析叠线隧道开挖对地表沉降和管线的变形规律影响及其控制措施效果,为叠线隧道这类工程的设计和施工提供理论指导。