近些年来,随着城市建设的迅速发展以及人口的不断增加,城市地面交通逐渐恶化,环境污染也越来越严重,这已经严重阻碍了经济和社会的发展。为了改善城市地面交通拥堵状况以及推进城市的可持续发展,越来越多的城市开始修建城市地下轨道交通。在城市轨道交通的修建过程中大多采用盾构法施工,在施工过程中,由于工程地质条件的复杂性,隧道开挖面稳定性的控制要求越来越高,开挖面的失稳容易引起地表隆沉、开挖面涌水、涌砂泥等灾害事故。在水文地质条件复杂、受施工扰动敏感性高、控制标准要求高的地层,如何有效确定开挖面上的支护力以及保证开挖面的稳定性,成为盾构隧道施工急需解决的问题之一。本文通过运用数值模拟以及离心模型试验的手段,并依托佛山轨道交通2号线工程项目,深入分析了砂质粉土地层盾构隧道开挖面主动失稳破坏以及被动失稳破坏模式,在渗流力的作用下分析了隧道开挖面附近渗流场的分布规律以及渗流对开挖面失稳破坏的影响,取得了具有一定工程意义的研究成果,主要包括:(1)采用ABAQUS软件建立砂质粉土地层盾构隧道开挖面稳定性的三维数值计算模型,研究了盾构隧道在不同岩土体力学特性、隧道埋置深度、纵坡坡度下开挖面主动以及被动失稳破坏形式的影响规律。在隧道埋深比C/D≧2.0时,开挖面主动极限支护力以及被动极限支护力均随隧道埋深比的增大而几乎保持不变。在隧道纵坡坡度θ处于-10°～10°区间,开挖面主动极限支护力随隧道线路坡度的增加呈线性增长趋势,被动极限支护力随隧道纵坡坡度的增加而呈线性减小趋势。(2)建立渗流条件下的盾构隧道开挖面稳定性三维数值计算模型,分析了不同水位及纵坡坡度下的隧道开挖面附近孔隙水压力分布规律,发现开挖面上的水平渗透速率在直径y方向上呈现抛物线的分布,且在1/3D处取得最大值。渗流条件下盾构隧道开挖面主动失稳以及被动失稳破坏形式与不发生渗流时对比,失稳破坏区域更大,范围更广。(3)运用长安大学TJL-3离心机以及机械臂构建了光纤光栅传感系统,并运用光纤光栅传感系统对盾构隧道开挖面的位移以及支护力进行监测,开展了渗流条件下盾构隧道开挖面失稳离心模型试验。通过试验发现:开挖面后撤时,开挖面支护压力随开挖面后撤距离的增大而减小,当减小到最小值时,随着开挖面继续后撤,开挖面支护压力会发生小幅增加然后保持不变;开挖面推进时,开挖面支护压力开始逐渐增大,继续推进,支护压力增加逐渐变得缓慢并最终呈现线性增长趋势。