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地铁施工引起的临近既有管道变形是城市轨道交通建设中较为关心的施工问题。目前，针对该领域的研究一般假定地基土体均质，而没有考虑地基的自然成层性，此外大多没有考虑既有管道变形与土体自由位移场相互作用的耦合效应。为此，基于弹性层状半空间地基模型，针对隧道开挖边界引入非均匀收敛变形径向土体位移移动模式，提出了层状地基中地铁施工垂直穿越既有管道变形的耦合分析方法和两阶段分析方法，并进行了算例对比和参数分析。结果表明：耦合方法在分析非均质层状地基时具有较好的计算精度，其精度要高于基于Loganathan和Poulos公式的两阶段方法;同时，地基土体的成层性对既有地下构筑物的变形性能具有较大影响。研究成果可为合理制定城市地铁施工对周围环境影响的保护措施提供一定的理论依据。