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随着中国城市化进程的加快，城市用地增长率远低于城市人口增长率，有限的城市地表土地资源已无法满足人们对生存空间的需求，城市空间的拓展正逐渐从外延式的水平方向向内涵式的立体方向发生转变，因而催生了大量的地下工程，如地下隧道、地下车站、综合管廊、人防工事、地下商场及街道等。尽管城市地下空间的开发与利用在建设前期有着详细的规划与安排，但就长远发展而言仍具有一定的不可预见性 [1] 。因此，实际工程中往往会出现新建地下工程邻近已建地下结构的情况，而地铁隧道作为现代城市地下交通的大动脉，其安全性极为重要，与一般的地下结构相比，国际上对地铁变形的要求更加严格，如英国 [2] 制定了严格的变形控制标准来保护地铁隧道，但国内尚无系统的标准规程，仅上海地区针对地铁的附加变形保护提出了如下暂行规定 [3] ：地铁结构位移量不应大于 20 mm；隧道纵向变形曲线的曲率半径应大于 15 000 m、相对弯曲不应大于 1 /2 500。
目前，城市近接地下工程正呈现出“深、大、复、近、杂”的特点与趋势，开挖卸荷范围越来越大，与既有地铁隧道的距离越来越近，空间位置关系也越来越复杂。现选取中国部分城市典型的邻近既有地铁隧道的大范围开挖卸荷工程案例作简要介绍，见表 1.1。从表 1.1 可见，目前城市建设中主要存在两类典型的大范围地下开挖卸荷工程，一是大面积基坑工程，以明挖法和暗挖法为主，新建基坑骑跨于既有隧道之上的情况称为基坑近距离上跨施工 [4] ；二是大断面隧道工程，此类城市隧道施工多以盾构法为主。新建盾构隧道近距离穿越已建隧道的情况称为盾构近距离穿越施工 [5] 。城市建设中还存在一些其他的近接地下工程，如地下管道、桩基开挖、微型隧道及地下市政设施等，但与以上两类工程相比，此类工程涉及的开挖卸荷量较小，对既有地铁隧道的影响也相对较小。在城市软土地区敏感环境下进行大范围土体开挖会危及邻近地铁隧道的运营安全，对既有地铁隧道纵向变形的预测和控制是设计和施工中需要高度重视的问题，随着中国城市地下空间的大规模开发，类似工程问题必将越来越多，而且亟待解决。
表1.1 邻近既有地铁隧道的大范围开挖卸载工程实例
续表
目前对地铁盾构隧道横向特征变形的研究较多，纵向特征变形的研究较少。而盾构隧道纵向抗变形能力较弱，纵向变形进一步发展会导致盾构管片接缝处差异变形过大而受到破坏。因此，针对开挖卸荷条件下既有隧道纵向变形的计算方法研究是十分必要的，由于该类工程技术难度很大，目前开挖卸载理论方面的研究尚不够成熟，工程施工中仍存在一定的盲目性。本研究将从土力学和弹性力学的基本理论出发，对基坑近距离上跨施工和盾构近距离穿越施工这两大类卸载工程对既有地铁隧道的影响进行系统深入的理论研究，主要研究内容包括卸载理论模型、数值分析及工程实例应用等。实现技术理论创新，丰富地下卸载工程理论的内涵，为今后类似工程的设计和施工提供指导和服务，这也是本研究的理论及实践意义所在。