随着城市地下轨道交通的迅速发展,普通的单线地铁运输已经逐渐不能满足城市交通的各种需求,地铁线路需要交叉成网,实现相互换乘。近年来,下穿工程在城市轨道交通施工中越发普遍,如果在施工过程中新建地铁工法选取不当或既有线变形控制不力,上方既有线产生的变形很可能超过变形控制标准,从而影响既有地铁结构的安全运营。本文通过理论计算分析、数值模拟和现场实测等手段,针对新建北京地铁16号线国家图书馆～二里沟区间同时下穿既有4号线国家图书馆～动物园、9号线国家图书馆～白石桥南区间工程实例,对既有线的变形规律展开研究。同时,基于既有结构安全性和既有地铁运营舒适性两个角度,制定了既有结构一系列控制标准。最后,采用工程实测结果,对研究结论进行验证,主要研究工作和成果如下:(1)依托工程实例,建立了隧道-道床-轨道耦合模型,分析得到不同情况下三者的变形传递规律。模拟结果表明,当既有线沉降槽宽度较大时,道床结构与隧道底板跟随性良好,层间无离缝现象;反之,当沉降槽宽度较小时,轨道、道床结构与隧道底板之间的变形局部差异较大,层间有较大可能会出现离缝现象。(2)考虑既有地铁运营舒适性,选用车体垂向加速度峰值1.30m/s~2为舒适度控制指标,分别制定了不同变形模式下满足列车运营舒适性的既有结构沉降控制标准。计算结果表明,沉降控制值与车体垂向加速度峰值近似成正比关系。在沉降槽宽度系数为i=2～10m范围内,满足运营舒适性的沉降控制值范围为37～86mm。(3)考虑既有隧道结构抗拉强度,分析不同变形指标与结构安全的关系。结果表明,沉降是判断既有结构是否安全的最直观、准确、容易控制的变形指标,工程中应选用结构沉降作为主控指标。同时考虑既有隧道结构正常使用极限状态和既有轨道结构安全,计算得出满足结构安全的沉降控制值为16.1mm。(4)结合工程实际情况,建立新建16号线下穿既有4、9号线区间有限元分析模型,分析三条既有线的变形规律。由于既有三线结构形式不同,穿越工程中沉降峰值也有所不同,其中4号线盾构区间沉降峰值最大,4号线暗挖区间次之,9号线双连拱暗挖区间变形控制效果最好。(5)通过对既有三线数值计算与实际监测数据的对比分析,从竖向变形趋势来看,两者偏差值基本在合理范围20%之内,实测结果与数值模拟结果吻合较好。数值模拟与实测结果均满足所制定的考虑结构安全和列车运营舒适性的变形控制标准,既有三线结构处于安全和舒适状态。