本文以深圳市听海大道地铁1 1号线和5号线上方的两个公路隧道基坑工程(同一块场地)为背景,展开以下探究:(1)在地铁5号线上方场地未动工之前,为预测基坑放坡开挖对下覆5号线地铁隧道影响的风险,以采取有效的保护措施。因此,基于基坑放坡开挖对下覆地铁隧道影响的改进计算方法,利用蒙特卡罗方法计算隧道结构各级风险发生的概率。结果表明:与原来仅限于矩形开挖基坑的计算方法相比,本文改进后的计算方法适用范围更广、实用性更强;若不采取保护措施,5号线地铁隧道结构将有高达72.64%的概率处于不安全状态,其中有65%的概率处于很不安全状态。(2)在地铁5号线上方基坑决定采用保护措施施工后,为验证保护措施的有效性,准确预测下覆地铁5号线隧道位移事关紧要,而准确确定基坑工程的土层物理力学参数又是准确预测基坑开挖引起下覆地铁隧道位移过程中极为关键的步骤。两个基坑位于同一场地,土层物理力学参数应保持一致,并且地铁1 1号线上方基坑施工完成后,地铁5号线上方基坑才开始施工。鉴于此,在利用地铁11号线上方基坑开挖之前地铁隧道竖向、横向位移实测值反演确定土层物理力学参数的基础上,结合NSGA2遗传算法和Critic-TOPSIS法对土层物理力学参数进行多目标优化及决策,得到土层物理力学参数组合的最佳方案。结果表明:最佳方案在基坑开挖完后的两地铁隧道竖向、横向位移计算值与实测值误差分别比初始方案的减少了 2.61%、5.35%、7.927%、5.934%,证明了本文对地铁隧道上方或近接基坑工程土层参数优化及决策方法的有效性,同时为下文对地铁5号线地铁隧道理论计算分析和数值模拟提供准确的土层物理力学参数组合。(3)为探究基坑开挖对地铁5号线隧道旁侧抗拔桩影响,解决该领域研究手段仅限于采用建模较为复杂、工作量较大、只针对单个工程的三维数值分析的问题。基于Mindlin解,利用Pasternak地基梁模型和位移协调原理,推导得到桩周表面土体对桩摩阻力使抗拔桩产生的竖向位移;利用土体剪切位移原理和桩的平衡条件,推导得到桩表面以外土体剪切变形使抗拔桩产生的竖向位移;利用桩微元段的平衡条件和胡克定律,推导得到桩轴向变形使抗拔桩产生的竖向位移,三者叠加得到抗拔桩总竖向位移,同时计算得到基坑开挖引起地铁隧道旁侧抗拔桩的轴力。最后,通过已被实际工程验证的数值模型对比验证抗拔桩总竖向位移和轴力的计算方法,并分析计算方法涉及的各个参数对抗拔桩总竖向位移和轴力的影响。结果表明:本文计算基坑开挖引起地铁隧道旁侧抗拔桩竖向位移和轴力的方法合理可靠,适用于实际工程。(4)为研究抗拔桩施工对地铁5号线隧道竖向位移的影响以及基坑开挖过程中抗拔桩侧摩阻力对地铁5号线隧道竖向位移的控制作用,解决该领域研究手段仅限于采用建模较为复杂、工作量较大、只针对单个工程的三维数值分析的问题。通过Mindlin解和两阶段法,推导出抗拔桩施工引起地铁隧道竖向正应力产生的竖向位移;利用桩-土位移协调原理和土体剪切位移原理,推导出抗拔桩施工引起地铁隧道周围土体剪切变形产生的竖向位移,两者叠加得到抗拔桩施工引起地铁隧道的竖向位移。同理,推导出基坑开挖过程中抗拔桩控制地铁隧道的竖向位移,并通过实际工程验证两个计算方法。最后,分析计算方法涉及的各个参数对两个地铁隧道竖向位移计算值的影响。结果表明:本文两个地铁隧道竖向位移计算值与实测值、有限元模拟值吻合良好,证明两个计算方法均适用于实际工程。(5)地铁5号线上方基坑工程虽已按照初始方案施工,但花费的基坑工程造价较大。因此,需对方案进行优化,为未来类似地铁隧道上方基坑工程设计提供有益的参考。鉴于此,基于NSGA2遗传算法,以5个基坑工程控制下覆地铁隧道竖向位移的关键设计参数为优化设计变量、隧道最大竖向位移和基坑工程造价中的可变值为优化目标,优化得到Pareto最优解集。结合专家打分-COWA算子-博弈论组合赋权法和TOPSIS法从Pareto最优解集中选出最佳方案,并分析专家打分的主观权重改变对最佳方案的设计变量、目标函数值等参数的影响。结果表明:最佳方案比初始方案的隧道最大竖向位移减少23.3%,基坑工程造价中的可变值减少36.9%,证明本文对地铁隧道上方基坑工程优化设计方法的有效性。