中国城市地下工程建设呈现出“深、大、近、杂”的特点和趋势。地铁盾构隧道通常是由预制管片拼接而成，管片之间通过螺栓进行连接，隧道结构纵向整体刚度较小，抵抗变形能力差。城市地下空间开发与运营地铁隧道保护之间的矛盾日益突出。魏纲[1]收集了国内14个隧道上方基坑开挖实例，发现64%的隧道上浮量超过报警值（10 mm）。上浮开挖过程中不可避免地对基坑坑底土体造成卸荷扰动，使既有盾构隧道结构产生附加荷载，易引发管片错台、开裂、渗漏水等病害[2-4]，影响隧道正常运营和行车舒适性。
近年来，国内外研究学者针对上方基坑开挖影响下既有盾构隧道响应问题开展了较为深入的研究。两阶段法是目前普遍采用的解析方法[5-8]，该方法概念清晰、计算简便、易于应用。解析方法计算结果的可靠性主要取决于开挖引起的隧道上附加荷载计算和隧道-土体之间的相互作用模型的选取。陈郁等[9]利用Mindlin弹性半空间理论计算开挖引起的隧道位置处土体附加荷载，进而根据分层总和法求解隧道变形。隧道纵向结构分析通常基于弹性地基梁理论展开，其中Winkler模型是目前常用的地基模型。当既有盾构隧道受基坑开挖影响较为明显时，需要采用不同的控制措施减小既有隧道变形，但是上述理论和模型试验主要适用于简单工况条件，难以反映各类控制措施的影响。
针对基坑开挖下卧隧道变形控制技术，也有部分学者进行了研究。如Huang等[10]采用数值模拟的手段，探讨了开挖周期、土体性质等因素的影响规律，并与实测数据进行了对比。黄宏伟等[11]以上海外滩通道为例，对比分析了土体加固、坑底堆载以及加固和堆载共同作用3种隧道保护措施的实施效果。谢雄耀等[12]通过有限元模拟发现MJS工法加固坑内外土体对控制隧道变形具有良好的效果。当基坑开挖深度较大、范围广且隧道距离坑底近的情况，通常采用分块开挖、土体加固等措施仍不能有效控制隧道变形。近些年提出的竖井开挖联合门式框架技术成为限制上方开挖引起既有隧道上浮的一种有效控制措施。该方法在深圳市双界河路市政工程和桂庙路快速化路改造工程均有应用，实施效果较好，可以有效地限制隧道上浮变形[13-14]。吴怀娜等[15]针对竖井开挖联合门式框架技术开展了数值模拟研究，探究门式抗浮框架与地层相互作用机制及抗浮效果。
目前针对门式框架技术的研究多集中在数值模拟或实测数据分析方面，缺少相应的理论方法研究。实际工程中门式抗浮框架相关设计参数也多为根据工程经验确定。本文基于竖井开挖联合门式抗浮框架的施工工法，提出了考虑门式抗浮框架的隧道纵向和横截面变形理论计算方法，并分别与现场实测和数值模拟结果进行对比，验证了理论计算方法的有效性。在此基础上，分析了门式抗浮框架的作用机理并开展了主要设计参数敏感性分析。本文研究成果可为门式抗浮框架的工程设计提供理论指导。
本文针对上方开挖引起的既有隧道变形规律开展研究，考虑了门式抗浮框架对隧道变形的限制作用，得到以下4点结论。
（1）提出的考虑门式抗浮框架的既有隧道变形计算方法，不仅能反映抗拔桩和抗浮板对地层变形的影响，还考虑了竖井分期和基坑分段开挖等因素的影响。
（2）通过与工程实例和三维数值模拟进行对比，分别验证了本文的理论分析模型在计算竖井开挖阶段和基坑开挖阶段既有隧道的上浮变形的准确性。此外，本文的理论分析方法可以用于上方开挖卸载引起的隧道纵向和横截面变形计算。
（3）门式抗浮框架在基坑开挖阶段可以在一定程度上控制上方开挖引起的隧道变形，其中抗浮板对隧道上浮的限制作用明显高于抗浮板。上方基坑开挖引起的既有隧道拱顶上浮变形大于拱底上浮，主要是由于隧道横截面收敛变形引起的，开挖后隧道横截面形态仍未完全恢复成真圆形式。
（4）门式抗浮框架控制效果与隧道上方剩余覆土厚度和竖井开挖尺寸密切相关，剩余覆土越小控制效果越明显；随着竖井开挖尺寸长度的增加，抗浮板与土体之间的作用力减小，导致控制效果减弱。
