土压平衡盾构是地下隧道施工中最为常用的方法之一。随着地下工程建设的发展,盾构施工中遇到的地层条件也越来越复杂,尤其对于软弱地层,因其稳定性较差,土体强度较低,在掘进过程中极易产生不平衡掘进问题,引起大范围的地层损失,严重的还会导致开挖面失稳事故,所以保证施工过程中进土量和出土量的平衡稳定,维持盾构开挖面的稳定性至关重要。针对盾构施工中即将面临的不利工况,考虑掘进过程中的土量平衡影响因素,对开挖面稳定性和地层扰动的影响进行了研究。同时,为弥补常规的单一介质数值模拟的不足,创新性地将离散介质与连续介质进行耦合,建立了精细化的数值模型。主要工作和结论如下:（1）利用离散元介质与连续介质耦合的方法,建立了耦合数值模型,在大变形区域采用离散介质模拟,远离大变形的区域采用连续介质模拟,通过耦合面传递两种区域边界上的力与位移,极大幅度提高了离散元模拟的计算效率。建立了精细化的盾构机刀盘、螺旋输送机等数值模型,动态、完整地还原了盾构机掘进时土体进出盾构机土仓的过程。（2）螺旋输送机转速与盾构排土量直接相关,掘进速度则直接影响进土量,二者通过调节进、出土量的平衡关系,控制土仓压力的变化,进而维持开挖面的稳定性。螺旋机转速不足、掘进速度过快时,土仓压力会迅速增大,对盾构前方土体形成挤压,最终形成被动失稳破坏;螺旋机转速太快、掘进速度不足则会形成前方土体卸载,导致主动失稳。（3）刀盘转速对盾构土量平衡的影响较小,土仓压力和盾构前方的地层变形对刀盘转速变化的敏感度较低,但是刀盘转速过高会降低刀盘对前方土体的支撑效应,从而威胁开挖面的稳定。（4）研究了土仓压力与原始地层静止侧压力的比值S与地层变形之间的关系。结果表明:当地层变形处于稳定状态时,对应的土仓压力比S处在0.4～0.6的范围内波动;当S＞1.2时,地层变形出现突变,开挖面出现被动失稳破坏;当S＜0.2时,地层沉降迅速增大,开挖面出现主动失稳破坏。（5）盾构始发阶段,盾构机多项参数均出现了骤变的情况,土仓压力比S从初始值0.95“断崖式”下跌至0.3左右,在盾构始发时应当极力防止此类危险情况的发生。