盾构工法是目前城市地铁隧道施工采用的主要工法,而盾构机掘进中与周边水土环境的相互作用是非常复杂的系统问题。随着我国城市化进程的推进,城市空间资源逐渐紧张,地下空间的开发受到重视,地铁工程在各大城市不断上马,地铁盾构隧道施工喷涌、地表变形超限等安全事故也不断发生,针对喷涌及地表变形的预警预测方法研究具有重要现实意义。本文主要采用理论推导及数值模拟方法,针对盾构施工喷涌预警、地表变形预测开展研究,提出了考虑因素更全面的预警预测方法,主要工作如下:(1)基于地下水渗流基本规律,建立了考虑开挖面正面附加推力等施工参数的螺旋输送机水头分布模型;讨论喷涌临界条件,建立了螺旋输送机喷涌预测模型并给出风险预警指标;通过正交试验分析得出诸多因素对喷涌风险的参数敏感性大小,对盾构施工螺旋输送机选型提出建议;(2)通过理论推导与数值模型结合,分析了开挖面附加推力对地层超孔隙水压力的影响规律,分析了渣土渗透性系数对地下水于螺旋输送机内渗流的影响规律,对喷涌预警指标进行了验证;(3)分析了盾构施工诱发地层移动基本规律,基于明德林解及修正源汇法公式,运用基本力学原理及离散求和等方法,推导了考虑施工角度因素的盾构掘进地表变形预测公式;(4)通过建立存在不同施工角度的三维数值模型并结合理论推导公式进行对比验证,分析了盾构施工中荷载倾角、隧道轴线倾角对地表变形的影响规律;(5)采用武汉地铁六号线盾构隧道施工参数,建立了考虑施工角度因素三维数值模型,分别使用现有地表变形预测计算方法、本文修正方法、数值模拟方法进行计算,对比分析了本文方法的合理性及考虑施工角度因素的必要性。