盾构工法因其突出的优点,在隧道建设中应用越来越广泛。盾构施工在复合地层中开展的情况越来越多,土压盾构由于其广泛的地层适应性,成为复合地层盾构施工中选用的主要机型。国内外对开挖面稳定性缺乏系统研究,因而取得的成果非常有限,在我国尤其如此。因此,研究土压盾构在复合地层中推进时开挖面的稳定性具有重要的理论与实践意义。本文依托广佛地铁项目,重点研究了盾构机在上软下硬式复合地层中掘进时开挖面的稳定性。作者选用了非线性有限元分析软件ABAQUS,通过试验模型验证了其在开挖面稳定方面研究的适应性,采用广佛线典型地层的参数建立盾构隧道开挖模型。通过数值模拟直接取得极限最小支护压力的数值水平及影响因素,研究支护不足时开挖面前方地层变形的特征和地表隆陷的规律,为施工提供参考;然后,研究开挖面因支护不足破坏时地层的总体变位特征和沉降沿埋深的分布规律,以获取开挖面破坏模式的信息;在归纳、综合已有的楔形体模型的基础上,讨论其在复合地层中的应用。模拟结果显示,在复合地层中隧道开挖面处上部软弱地层的稳定是维持整个开挖面稳定的关键因素,是施工中应该控制的最主要方面;上部软弱地层破坏的模式与一般均质地层中开挖面整体破坏的模式一样,成楔形体状,因而上软下硬地层中适用部分楔形体模型的计算方法;楔形体模型只适合于计算开挖面极限最小支护压力;广佛地铁项目中选用的盾构机提供的最大支护压力不足以引起地表隆起。