近年来,我国城市轨道交通建设规模持续增长。大规模地铁隧道的建设,对既有地下结构产生影响,地下管线便是受到地铁施工影响的地下结构之一。地铁施工引起地层变形,使管线受到附加位移荷载而产生附加变形和内力,增加了管线出现破坏事故的风险。管线附加变形为管线安全评价的重要指标,正确计算管线变形和内力是管线安全评价的关键。目前,隧道开挖引起的管线变形计算依赖于数值模拟及经验方法,理论方法研究尚不充分。如何利用传统的弹性地基梁方法,求解管线的轴向变形、管土脱空以及带接头管线的变形,成为地下工程领域的重要的科学问题。为此,本文采用理论分析、数值模拟、离心模型试验相结合的方法,探究管土相互作用规律,提出了管线变形的理论计算模型和计算方法。主要研究成果如下:（1）根据管线接头的弯矩传递性能,将管线分为匀质管线和带接头管线两类。在匀质管线方面,建立了考虑管线轴力和几何非线性的管线变形计算模型,推导了轴向变形与竖向变形联立的控制微分方程组,并采用最优化方法进行微分方程组的求解。对管土相对位移规律进行研究,提出了考虑管土脱空的双层弹簧弹性地基梁模型,结合地基弹簧的理想弹塑性本构关系,给出了管土相对位移与管土作用力间变化关系的4种折线模型,分别列出了控制微分方程并采用传递矩阵法进行求解。（2）在带接头管线方面,将管节视为弹性地基梁,管线接头按是否有弯矩传递的能力简化为“自由铰”与“弹簧铰”。采用传递矩阵法求解带接头管线的变形和内力。在弹性地基梁控制微分方程中引入“相当荷载”以及接头刚度折减系数,基于傅里叶级数法给出了带接头管线接头相对转角的解析解。建立了接头刚度折减系数与接头转动刚度的关系,提高了傅里叶级数解的实用性。从结果精度看,傅里叶级数解作为解析解,精度高于传递矩阵法;从计算过程看,傅里叶级数法需要提前求出荷载函数对应的级数系数,增大了方法使用难度及前期工作量。（3）采用“拖拽式”隧道开挖模拟方法,进行了3组隧道垂直下穿管线的离心模型试验。试验结果表明,管线外表面粗糙程度越高,管线所受地层水平位移荷载越大,管线轴力越大。管线刚度和地层损失较小时,未发现管土产生明显脱空;增大地层损失和管线刚度后,隧道开挖中线上方管线底部与土体相互作用力接近于0,说明管土产生了脱空。带接头管线接头处出现转角突变,同时管节变形呈现出一定的刚性特征。为获得管土相互作用参数,进行了室内加载试验,根据试验结果推算了竖向地基系数及水平向地基系数。将离心模型试验结果与理论方法计算结果进行对比,验证了理论方法的正确性。（4）采用ANSYS有限元软件建立了隧道下穿管线的有限元模型,管线与土体用实体单元划分,管土相互作用由接触单元模拟。推导了竖向地基系数与接触刚度的对应关系,给出了法向接触刚度的试算方法。将数值模拟计算得到的地层位移拟合曲线代入理论方法,所得管线变形和内力的理论计算结果与数值模拟结果基本一致,进一步验证了理论方法的正确性。（5）采用本文理论方法进行了管土相互作用影响因素的参数分析,结果表明,地层荷载能够引起显著的管线轴向拉压应变,在计算中应予以考虑。隧道垂直于管线时,管土脱空是易于产生的,隧道与管线平行时,管土沉降差异较小,管土不易产生脱空。提出了一个无量纲的管土相对刚度系数,基于考虑管土脱空的理论方法给出了管线弯矩和沉降的简便估算方法。对带接头管线进行参数分析表明,管线接头相对转角存在极限值,隧道垂直于管线时,该极限值为1.1Smax/is,隧道平行于管线时,该极限值为0.33Smax/is。（6）采用本文理论方法对实际工况进行了计算,将管线沉降的理论计算结果与实测数据进行了对比,理论结果与实测数据相吻合,证明了理论方法的有效性和实用性。