为了统筹地下铁道并行盾构区间隧道和车站施工,以减少盾构法施工中的非推进作业,提高盾构机的利用效率,提出了在区间盾构隧道基础上扩挖双层地铁车站的施作方案,主要包括盾构隧道、横通道及框支结构等施作过程。在已有盾构扩挖地铁车站研究成果的基础上,结合本课题所提结构方案和施工工法特点,利用数值模拟、理论推导及模型试验等研究手段,展开了研究工作,主要工作和研究成果如下:1)通过对国内外在盾构先行条件下扩建地铁车站的工程实例分析,针对行车区间外挂式的框支结构的双层车站结构体系提出了盾构法结合PBA工法扩建地铁车站的施工方案,采用数值模拟的方法对各施工阶段中结构和关键节点的受力性能进行了研究。研究结果表明,在各施工阶段当中,盾构衬砌管片与墙柱的连接节点受力水平较大,且受力复杂多变,各结构构件可以满足结构的受力要求,在横通道和拱顶衬砌施工中,地表会产生较大沉降。2)采用1:1足尺结构试件对管片与墙柱两种连接形式节点的静力性能进行试验研究,对其在横向和纵向两个方向受力作用下的变形特征、承载能力及最终破坏形态进行了分析,提出了破坏判定准则以及在正常使用条件下达到极限承载力的判定原则。通过试验结果可知,钢板连接节点刚度更大,承载能力更高,但延性较差。接驳器连接节点刚度相对较小,延性较好。二者破坏形式都表现为节点下部混凝土的压碎进而丧失承载能力。3)通过解析计算的方法对管片与墙柱连接节点的受力变形性能进行了推导分析,对其裂缝开展过程和抗弯性能进行了分析研究,与静力试验结果进行了对比分析。钢板连接节点试件后期抗弯刚度更大,但变形不明显,易于发生脆性破坏,接驳器连接节点整体来说抗弯刚度较小,后期变形较为明显,延性较好。采用计算方法所得抗弯刚度曲线与接驳器连接节点试件抗弯刚度曲线更为符合。4)通过对管片与墙柱连接节点的拟静力试验,对节点的动力性能进行了研究,研究其在低周反复荷载作用下的破坏形态、滞回特性、骨架曲线、延性性能以及耗能能力等。试验结果表明,二者滞回特性相似,钢板节点破坏时与管片与墙柱脱离,接驳器节点破坏时管片将沿接缝向下滑移,钢板节点刚度退化较慢,而接驳器节点耗能能力更强。本文所述在盾构先行条件下扩建地铁车站的结构方案和施工工法可使车站施工和区间施工统筹规划、提高盾构利用效率,施工中各结构构件及关键节点性能安全可靠,可以满足施工和设计当中对于结构和关键节点的强度和稳定性的要求。