顶管技术凭借其施工快捷、对周边环境影响小的优点,越来越多的被应用到城市市政建设当中。这使得顶管穿越铁路的情况时有发生,施工中不可避免的会对原状土造成一定的扰动,加剧上部铁路轨道的不平顺,对列车安全运营造成潜在威胁。目前,对于软土地区中顶管穿越铁路的工程经验相对较少,因此,对铁路顶管施工中的土体变形规律研究相当必要。本文在前人研究的基础上,借鉴盾构施工的研究方法,研究铁路顶管施工中的土体变形情况和开挖面支护力计算模型。利用ABAQUS建立铁路顶管施工数值模型,分析施工过程中土体变形规律。主要内容如下:(1)基于Mohr-Coulomb准则,推导出侧压力系数K0与内摩擦角和粘聚力之间的关系式,以此改进太沙基松动土压力计算模型,消去由于对K0的经验取值带来的误差;针对梯形楔形体计算模型中的关于梯形楔形体的自重计算提出了改正的方案;基于粘土中开挖面实际破坏模式提出了适用于粘土的开挖面支护压力计算模型。(2)总结铁路路基动应力现场试验结果,认为可以使用正弦波形的动荷载来模拟列车荷载;介绍了修正的剑桥模型在岩土工程中的应用及参数分析;根据上海地区工程地质特性,确定模型中土层基本计算参数,建立顶管穿越铁路的三维数值模型。(3)模拟中改变泥浆层的注浆压力值,分析注浆压力对顶管施工周围土体变形的影响,发现顶管管道底部位移受注浆压力影响不大;管道周围土体的侧向位移随注浆压力的增大而增大;当注浆压力为上覆土重的1.1~1.2倍时,土体扰动小,地表沉降相对较小,注浆压力过大或过小都会加剧土体的扰动,增加地表沉降。(4)通过模拟分析了不同铁路荷载作用下顶管施工过程中土体变形规律,通过分析铁路轨道的最终沉降和轨道间的差异沉降,发现当过往列车速度为20~40km/h时,轨道的最终沉降和差异沉降能够满足列车的安全运营。且当掘进机到达轨道正下方时,土体扰动最大,扰动范围约为2倍管径,此时应控制来往列车的流量。