在城市地下空间开发中,大直径混凝土顶管因成本低、施工周期短、环境影响小等优势,广泛应用于排水工程和电力隧道工程的建设。当混凝土顶管需要长距离穿越江河施工时,由于江底地层条件不明、环境复杂、水头压力高等因素,管道和土体的相互作用复杂、易产生较大的变形,甚至出现事故风险。因此,亟需开展江底环境下管道和环境变形机理及控制方法的研究,保障江底大直径顶管施工的安全。本文结合上海某大直径混凝土顶管穿越黄浦江段工程,针对变覆土厚度和江底高水头压力的特点,探讨了顶管下穿江堤对土体以及堤坝变形的影响;针对江底软弱土层中极易发生顶管线形偏移的问题,评估了管道发生沉降后不同线形调整措施的变形控制效果。本文主要研究成果如下:1、考虑了顶管上覆土层厚度变化及江底高水头压力的影响,对大直径混凝土顶管穿堤施工进行全程数值模拟,研究了开挖面支护压力、减阻泥浆模量、泥浆减阻效果对地层土体、堤坝变形的影响。结果表明,减小开挖面支护压力可以减小顶管上方地表土体和堤坝的沉降量,并减小机头上方地表土体隆起量,具体施工中宜取小于顶管中心土体自重应力10%;增大管土间减阻泥浆模量可以减小地表土体与堤坝的沉降量;在顶管施工过程中减小减阻泥浆与顶管摩擦系数可以减小顶进面附近地表土体的沉降量,并减小堤坝的最终沉降量。2、针对承插式大直径混凝土顶管相邻管节在不同偏转角度下管片内力进行数值模拟,在管节交界处设置钢套环、薄弱垫木层以及橡胶圈模拟接口,得到管片及接头的内力分布情况。结果表明,当顶管发生沉降时,管节间存在一定的偏转角度,管片内力主要集中在混凝土与钢板交界处,以上下两处最为明显。3、对发生连续沉降的顶管线形进行数值模拟,分析其管道内力分布,验证其线形调整的可能性;通过在沉降段管节底部不同注浆角、不同注浆位置进行注浆抬升原位线形调整的数值模拟,对比分析各线形调整工况的抬升效果。在此基础上提出了一种管道轴线大变形控制的原位线形调整施工方法,为工程实施提供支撑。