近年来,随着城市化水平的不断提高,城市公路隧道下穿工程取得了蓬勃的发展,与此同时也将会涌现出大量的岩土工程技术问题。在市区内修建公路隧道,下穿既有构筑物的情况时有发生。为了保证下穿隧道工程和既有构筑物的安全性,了解隧道施工在开挖过程中的力学效应和对既有构筑物的影响就显得十分重要。本文主要依托于河南省新乡市劳动街至胜利街段公路隧道下穿既有地下一层商业街工程为背景,以ANSYS、FLAC3D等有限元分析软件,着重对比研究了分离式隧道、双连拱隧道和双跨矩形隧道三种断面形式在开挖过程中所引起的力学效应,包括隧道初支结构与既有商业街的变形和受力规律等。最后,基于双跨矩形隧道断面形式,提出了相应的施工优化方案。本文研究内容和所得结论包括:(1)根据本工程案例的实际情况,对比分离式隧道、双连拱隧道和双跨矩形隧道三种施工方案,确定将地表沉降量、地下商业街为主要参考量,并综合考虑施工中因开挖引起的拱顶沉降、周边水平收敛、仰拱隆起、商业街结构应力、隧道初期支护应力等因素作为合理施工方案的评选标准,最终确定以双跨矩形隧道CRD法施工+超前加固原地层为合理施工方案;(2)按照所选施工断面形式,隧道施工完成后,地表沉降最大点出现在模型中心偏右的位置,且对地表的影响范围大概在左右分别距左右洞中轴线20m的范围内;(3)针对地表沉降量较大,结构安全系数低等原因,对比于不同地层加固参数,提出了将双跨矩形隧道紧贴在地下商业街底板的优化方案。数据表明,优化方案能有效的降低了结构变形量和地表沉降量,可为相似工程提供经验借鉴;(4)施工中应注重加固参数的选取,在适当的范围内对相应土层进行加固。在双跨矩形施工断面下,当加固后土层强度达到原有强度的3-4倍左右时,不但施工中难以实现,提高工程造价,而且控制变形的效果不理想。