现今,我国的城市建设正处在一个快速发展的阶段,城市规模越来越大,人口密度一直保持稳增不减的态势,随之而来的交通拥堵问题也亟待解决。而发展地铁轨道交通无疑是解决拥堵问题的最佳途径,因此地铁的建设也在如火如茶的进行当中。城市地铁多采用盾构法开挖修建,有时由于选线原则,盾构隧道不可避免的要下穿江、河、湖等水域。本文以某城市地铁盾构隧道下穿河流为工程背景,通过理论分析、数值计算和现场监测来研究盾构下穿河流时土体的变形规律和管片的上浮现象。主要研究内容及成果如下:(1)总结常用的最小覆土厚度计算公式,在考虑土体损失的条件下推导上浮力作用使地层发生位移的平面二维解,将计算得到的位移值与数值模拟计算结果相对比,两者变形曲线基本相似。(2)基于抗浮稳定求解盾构下穿河流工程所需的最小覆土厚度,同时建立二维有限元模型,考虑浆液浮力作用下不同覆土厚度的隧道开挖所引起的地层变形规律和隧道上方覆土的应力分布状况,同时研究管片的上浮规律。得出覆土厚度增加地层位移变形会随之减小的规律,但当覆土厚度达到一定的数值后,这种影响不再明显;有上浮力作用时隧道上方的覆土会出现一个“倒三角”的拉应力区,此拉应力区随着覆土厚度的增加而减小,且影响效果逐渐减小。覆土厚度的增加能较好的控制管片大上浮,但同时管片会受到更大的挤压力,管片变形将随之增大。(3)建立三维数值模型,研究盾构下穿河流时,不同的掌子面推力,不同浆液类型和不同的注浆压力对地层变形的影响。模拟结果说明盾构掘进时对河堤的扰动较大,合理选择掌子面推力、浆液类型和注浆压力对地层变形有较好的控制效果,盾构施工对处于掌子面前后约26m范围内的地层有较大影响,超出26m后影响很小。(4)分别在河流未加固和采取注浆加固措施的条件下进行数值模拟,分析地表和管片的竖向位移变化情况,并将计算结果与实际监测值进行对比。结果表面盾构穿越未加固的河底覆土时,河床会发生较大的隆起,最大隆起值约16.6mm,管片上浮明显;进行注浆加固后能有效控制地表变形,数值模拟结果与实际监测值有一定偏差,但偏差值相对监测值未超过30%,且两者的竖向位移变化趋势基本一致,可说明数值模拟计算可为后续的实际工程提供一定的借鉴意义。