在盾构施工过程中,会穿越各种复杂地质,其中在岩溶发育区进行盾构施工是不可避免的工程难题。溶洞的存在会使盾构机在掘进过程易发生偏头、栽头,甚至引起围岩坍塌,对盾构隧道工程的施工进度、经济成本、人员安全等产生重大影响。因此,若能合理预测盾构开挖引起的地层沉降、隧道与溶洞顶板的失稳临界安全厚度,将对实际隧道工程的安全建设,工程造价,环境效益等方面提供帮助。本文以大连地铁5号线泉水至后盐站区间盾构隧道工程项目为背景,依托辽宁省重点研发计划指导计划项目（2017231001）和中铁七局集团科技研究开发计划项目（17A01）,开展隐伏溶洞对盾构隧道围岩稳定性影响的相似模型试验研究,具体研究内容如下:1、基于相似理论,结合大连地铁实际工程资料,提出了土体相似材料的概化参数,并进行了详尽的物理参数确定。对试验过程中模型箱制作、盾构开挖装置设计、隧洞布置方案、量测方法等工作进行了研究。2、试验结果表明,不同深度地层最终沉降曲线均符合高斯形态,随着地层深度增加,沉降槽最大沉降值逐渐增加;距隧道边距越近所受盾构开挖影响越大,盾构开挖的水平横向影响范围约为5倍开挖半径左右;溶洞的存在放大了盾构开挖对隧道底部压力的影响,增加了施工风险。3、考虑溶洞尺寸、顶板厚度为变量时,盾构隧道开挖对地层沉降的影响规律:溶洞尺寸增加与顶板厚度减小均会增大地层沉降,隧道上方不同深度地层S_max,0/S_max,z与1-h_z/h仍保持线性关系,线性函数的相关参数受溶洞尺寸及顶板厚度影响。综合对比溶洞尺寸及顶板厚度组合影响下的地层沉降规律,基于多元线性回归方法,建立下伏溶洞条件下,盾构开挖引起地层最大沉降的预测公式,并给出适用范围。4、考虑溶洞尺寸、顶板厚度为变量时,盾构隧道开挖对围岩应力的影响规律:溶洞直径越大、顶板厚度越小,对隧道上部围岩压力影响越大;随着溶洞直径增加,溶洞顶板所受盾构开挖引起的压力减小,溶洞直径增大导致溶洞顶板的压力释放;随着溶洞顶板厚度增加,溶洞顶板所受盾构开挖压力增加,溶洞顶板的承载能力增强。5、基于尖点突变理论,建立满足发生突变的分叉集方程,得到了岩层失稳判据及顶板临界失稳平衡方程。隧道下伏溶洞时,把溶洞顶板简化为椭圆形板和固支梁两种力学模型,并结合顶板临界平衡方程分别建立了临界安全厚度的计算公式。进一步通过算例分析进行验证,为岩溶隧道的设计和施工提供参考。