在城市地下空间快速发展过程中,以轨道交通建设为主导的综合轨道交通形式已经成为未来地下空间开发的重要组成部分。随着城市地下空间的渐进式开发,新建隧道穿越既有地下结构的现象会普遍存在,使得既有结构的力学响应成为工程建设的研究重点与难点。穿越工程中,新建隧道与既有隧道的交叉部位是重大的风险源,施工开挖可能会导致既有线路变形过大,区域应力集中,影响既有隧道结构安全。本文以北京地铁12号线下穿清华园盾构隧道工程为背景,采用理论分析、数值计算及现场实测等方法,对既有结构变形预测以及既有结构内力响应等问题进行了深入研究,主要成果如下:(1)根据现场实测数据,阐明了新建隧道施工影响下既有大直径盾构隧道的内力及变形规律。通过分析盾构隧道竖向时程变形特点,可将大直径盾构隧道变形曲线大致概括为“超前沉降”、“注浆抬升”、“下穿施工”和“变形稳定”四个阶段。对接头位移和环向螺栓应力进行分析总结,发现接头位移与螺栓应力变化规律基本一致。(2)基于能量守恒原理,提出了预测新建隧道施工引起的地层沉降的计算方法,并研究了不同参数对地表沉降以及塑性区半径的影响。该方法相比于传统方法而言,考虑了土层塑性区域范围以及复合地层不同土力学参数,提出的计算方法可更加准确地预测地层变形。在此基础上考虑了下穿工程对既有结构的影响,提出了预测既有结构变形的理论计算方法。利用建立的模型对不同参数进行分析,结果表明既有结构的变形随着体积损失率的增加而增加,随着新建隧道埋深、既有结构刚度和尺寸的增加而减小。(3)采用精细化仿真技术,对大直径盾构隧道进行三维数值模拟分析,揭示了新建隧道下穿影响下既有大直径盾构隧道的内力与变形规律。研究了不同施工阶段下隧道沉降、连接螺栓与管片接头变形,以及螺栓受力变化规律。结果表明新建隧道在既有隧道正下方施工时对既有结构影响最大,应在此时加强监控量测。