在全国方兴未艾的地铁建设中,盾构法以其高效、环保、安全等优势,成为城市地铁隧道修建的首选工法,而岩溶发育区进行盾构施工是必须面对的工程难题。溶洞使盾构机在掘进过程易发生偏头、栽头,甚至引起围岩坍塌,这势必对盾构隧道工程的施工进度,经济成本,人生安全等产生重大影响。本文以大连地铁5号线前盐站至泉水东站区间盾构隧道工程项目为背景,开展溶洞对盾构隧道围岩稳定性影响的数值模拟的研究。研究结果可为实际岩溶发育区的盾构施工安全性判定和溶洞的治理提供有益的参考。主要研究内容如下:1、归纳总结岩溶地层盾构施工中盾尾同步注浆、掌子面压力、刀盘扭矩、岩溶地层的初始地应力平衡等关键因素在数值模拟中的作用和实现方法。2、结合实际工程地质和盾构机型参数,运用ABAQUS有限元分析软件,建立盾构掘进的三维数值模型,并将模拟结果与现场实测数据进行比较,进一步验证了模型的合理性。对比分析了有、无溶洞时隧道围岩拱顶、拱底、拱腰点随盾构掘进过程中的位移变化规律,隧道围岩变形历经了刀盘临近、盾构机壳作用、注浆层影响、加衬砌趋于稳定四个区间。当盾构掘进到下部溶洞的上方时,刀J盘将会下沉,最大沉降可增加60%。同时,对比了不同注浆压力对围岩稳定的影响规律,建议注重隧道侧部溶洞的治理。3、研究了溶洞位置、分布对盾构隧道围岩稳定性的影响规律。通过对比溶洞隧道与方位角±90°、±60°、±45°、±30°、0°九种工况时围岩的位移场、应力场、塑性应变的变化规律,得出溶洞位于隧道斜下方时最容易造成围岩失稳。随着隧道溶洞之间距离的增加,隧道底部围岩沉降有所减小、塑性应变值降低,隧道与溶洞间距离越大越有利于盾构施工的安全进行。此外,还基于强度折减法,研究了刀盘扭矩对溶洞发育围岩稳定的影响。有扭矩作用时围岩破坏的强度折减系数减少21%。4、研究了溶洞形状、尺寸对隧道围岩稳定性的影响规律。当溶洞位于隧道下部时,溶洞的宽度比高度更将削弱围岩的稳定性。溶洞宽度增加使盾构掘进过程中围岩产生更大的沉降和塑性应变,并使隧道拱底处衬砌对围岩的支撑作用明显减小。溶洞位于隧道侧部时,溶洞的高度比宽度更将削弱围岩的稳定性。溶洞的高度增加使隧道与溶洞之间的围岩水平位移及塑性应变进一步加大,并使溶洞近旁的腰拱衬砌周向应力增大。最后,对比分析了不规则溶洞和裂缝形溶洞对围岩稳定的影响。裂缝形溶洞的塑性应变区域从两侧尖端开始拓展。不规则和裂缝形溶洞围岩最大塑性应变值较圆形溶洞有所增加,但塑性应变区域范围较圆柱溶洞有所减小。