地铁以其运行速度快,不受路面交通拥堵的影响等优势,已成为中国大型城市最重要的交通工具。地铁在运营过程中,随着隧道建成年限的增加,由于区域性地面沉降、土层纵向的不均匀性、隧道周边基坑开挖、隧道渗漏、列车荷载等因素的影响,隧道沉降持续增大,严重的不均匀沉降会直接引发安全问题。本文结合北京地铁机场线T2支线西线隧道出现的错台变形问题,通过理论分析、数值模拟、现场监测三个方面的研究,系统地总结分析了工程实例全过程,形成了一套包括理论预测、设计模拟、效果评价的方法体系,对在北京地区乃至全国各地区相似地层的既有运营地铁隧道的沉降问题处理提供了借鉴经验。本文具体的工作和成果如下:(1)定性分析影响地铁隧道结构沉降的因素,确定厚度分布不均一、地下水活动导致出现软卧下卧层及隧道渗漏水和地铁列车振动是隧道产生不均匀沉降的主要影响因素。研究现场实测沉降数据,利用简化双曲线模型对隧道结构长期沉降进行定量预测,拟合得到的沉降值与现阶段监测的沉降值基本吻合。(2)基于对研究区饱和含水黏土、粉土及粉细砂地层发生严重不均匀沉降的地层沉降,构建了一套适用于长期运营地铁沉降的监测技术方法。对施工前的沉降监测、施工期间的动态监测和施工后的长期监测数据,以科学、合理的信息化监测技术作指导,为研究区沉降治理奠定了指导依据。(3)运用三维数值模拟方法,采用虚拟膨胀压力法模拟侧向注浆加固。对比两种模拟方案的沉降特征分析,确定两轮注浆的方案对实现隧道结构和道床抬升的目的较为合理。(4)采用复合注浆技术,将注浆加固过程分为7个阶段,逐一记录分析每个注浆阶段施工后的地层反应特征,对比分析普通硅酸盐水泥和超细水泥两类不同浆材对同一地层进行加固处理所引起的反应特性。(5)通过数值模拟结果与实测数据对比分析,证明虚拟膨胀压力法模拟侧向注浆加固效应的有效性,在此基础上,提出一套基于既有长期运营隧道沉降注浆效果的评价方法。结果表明北京地铁机场线T2支线西线隧道两轮注浆加固处理的方案合理可行。