随着地下空间的不断开发,盾构施工技术得到了越来越广泛的应用,其中土压平衡式盾构掘进技术以其安全、高效、环保及对周围环境影响较小等优点而广泛应用于隧道工程。盾构施工过程中,由于土层条件和掘进参数的不断变化,使得实际掘进过程中盾构机的支护力不是完全满足开挖面平衡的要求。所以为确保开挖面的稳定性及施工对周围土体较小的影响,需要研究支护力的变化对开挖面稳定性的影响以及对地层、地表变形的影响,进而确定确保开挖面稳定的极限支护力,并对实际工程提供借鉴意义。本文依托西安地铁项目,采用有限元软件ABAQUS进行盾构隧道开挖面支护模拟,研究了支护力不足及过大时开挖面的失稳模式,开挖面周围土体塑性区开展以及地层、地表变形特性,并对在支护力不足情况下影响开挖面稳定性的主要因素如隧道埋深、隧道直径、地层的强度参数c、φ进行影响性分析,给出规律性结论。本文针对以上问题,主要进行了以下研究工作:(1)阐述了土压式盾构法施工的主要技术环节,确定了本文研究的技术环节为开挖面支护力的控制。阐述了盾构施工对周围环境的主要影响,确定了本文数值模拟输出的主要结果。阐述了盾构开挖过程中前方土体的三种应力状态,分析了支护力的大小与土体应力状态的对应关系。阐述了支护压力的设置原则,确定了数值模式时,在不考虑推进阻力和地下水压力时,开挖面支护压力的计算公式。(2)对比常用的土体强度准则,选择较为常用且合理的Mohr-Coulomb强度准则,设计了合理的开挖面稳定性模拟方案,分为地应力平衡,开挖区应力释放,开挖土体及拼装管片,改变开挖面支护压力四个分析步。(3)利用ABAQUS有限元软件,依托西安地铁六号线一期工程岩土勘察报告,选取合理的地层及管片参数,建立黄土地层下的半空间三维隧道模型。分别模拟当支护压力不足和过大时,开挖面的失稳模式,周围土体的应力及变形规律,塑性区发展规律以及地层、地表的变形规律。并给出本文开挖面最小极限支护压力的判别标准。(4)在黄土地层条件下,在支护力不足情况下,选取对开挖面稳定性影响较大的因素即隧道的埋深、直径、土体的c、φ进行影响性分析,研究极限支护压力比随上述参数的变化规律。并研究在极限支护压力作用下,开挖面变形、开挖面塑性区开展、地层及地表沉降随上述参数的变化规律。