随着我国城市化进程的加快,城市人口不断增多,为解决交通拥挤问题,地铁成为缓解交通压力、促进城市发展首选的交通工具。盾构掘进由于环境影响小、自动化程度高等优点而被广泛应用于地铁隧道的建设中,其中土压平衡盾构因为受场地影响小、费用低等优点而应用更广泛。由于砂土地层稳定性差,土压平衡盾构隧道施工中保持开挖面的稳定性极其重要。如果支护力控制不当,很容易造成开挖面前方土体的破坏,从而引起地面的塌陷或者是隆起。本文采用数值模拟和理论分析方法,基于位移土压力理论,对砂土地层在土压平衡盾构掘进前方土体变形过程、破坏失稳模式、开挖面支护力与位移的关系进行了研究。主要工作和研究成果如下:(1)采用数值模拟方法,对不同工况下开挖面支护力减小和增大进行了模拟,分析了盾构掘进前方土体破坏发展过程和破坏模式、开挖面支护力与位移关系曲线、开挖面极限支护力的影响因素。(2)基于数值模拟分析结果,根据位移土压力理论和土体塑性极限平衡理论,建立了盾构开挖面主动支护力与开挖面位移的关系公式;考虑与数值模拟计算中相同的开挖工况,得到了开挖面主动支护力与开挖面位移的关系曲线,并分析了埋深比和内摩擦角对支护力的影响。(3)根据位移土压力理论和土体塑性极限平衡理论,推导了浅覆地层条件下盾构开挖面被动支护力与开挖面位移关系的公式;考虑与数值模拟计算中相同的开挖工况,得到了开挖面被动支护力与开挖面位移的关系曲线,并分析了内摩擦角对支护力的影响。(4)将数值模拟计算结果与所推导公式的理论分析结果进行了对比和分析,结果表明理论分析结果有一定的合理性。本文的研究成果对于在砂土地层中土压平衡盾构掘进时的推力选择与开挖面稳定性控制具有指导意义。