随着我国城镇化进程的加快,人口不断向城市聚集,城市交通问题愈发重要,而大力发展轨道交通、地下铁路是缓解交通拥堵问题的重要举措。城市地铁线路纵横交错,穿越工程的研究是常见和重要的一项课题,而各类市政管线是城市的血管,维持城市正常运行,所以地铁隧道穿越管线的安全问题亦不可忽视。本文通过理论研究、数值模拟、工程现场实测的方法,研究了隧道垂直下穿管线过程中对管线的变形和受力的影响。同时考虑了管线轴向水平位移、轴力和管土摩阻力的影响,使得管线变形和受力更接近工程实际情况,尤其适用于发生较大变形的管线。具体研究成果如下:(1)基于管线大变形理论,推导了考虑管线轴向水平位移、轴力和管土摩阻力情况下的管线控制微分方程,借助有限差分法进行解答,得到了管线变形和内力的计算方法。(2)基于数值模拟方法,研究了隧道垂直下穿管线过程中管线变形和轴向应力的变化规律,印证了理论推导结果的正确性。基于灰色关联理论,研究了管隧埋深、管土弹性模量和摩擦系数对管线变形和内力影响程度的敏感性分析,得到影响程度排序。(3)基于清华园隧道下穿成府路的工程实例,通过对管线和地表的监测数据分析和沉降曲线拟合,并与理论计算结果做对比,得到二者较为接近的结果,大变形理论在管线小变形情况下同样适用,理论预测可为实际工程指导做参考。(4)总结归纳了国内外管线风险评估标准和保护加固措施,分析了管线风险评估的主要步骤,提出了采用管线应变和地表沉降作为管线风险控制指标的参考方案。基于管线允许应变限值,计算得出了管线小变形理论的适用范围上限和建议采用大变形理论的地表沉降限值,以供工程施工参考。