随着我国城市化进程的不断加快,由于地下交通的种种优势,全国很多大中城市都展开了地铁建设,如今地铁是城市空间协调发展的一个新热点。盾构法开挖凭借机械化、对地面建筑干扰小、适用于复杂地层、有利于环境保护等优势,成为城市地铁施工的主要手段。开挖面的稳定是盾构施工技术的关键问题,开挖面失稳会往往会造成严重事故,因此如何保证隧道挖掘界面的稳定,安全高效地进行盾构掘进施工是国内外隧道领域科技工作者研究的热点课题。由于隧道掘进界面稳定性与地质参数、盾构刀盘的类型和施工工艺等很多因素相关,失稳机理复杂,目前为保持界面稳定性的盾构机土仓压力的确定仍然主要依赖工程经验。盾构刀盘主要分为辐条式和面板式。其中辐条式刀盘由于土仓压力易于控制,轻便,造价低等优势,在工程上的应用有明显的优越性。由于辐条式刀盘的开口率很大,相比面板式刀盘,刀盘对开挖面的支护作用很弱,因此辐条式刀盘的应用受到一定的限制。能否保持掘进过程中界面稳定成为能否选用辐条式刀盘的关键问题。因此,本文采用数值方法研究辐条式刀盘的地质适应性及其掘进中保持界面稳定所需土仓压力。本文利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件,在土壤的本构模型中采用了非线性性质,采用ALE算法以解决土体大变形时造成单元畸变等情况,并以天津市地铁工程三号线张兴庄站至宜兴埠站区间的地质勘查报告和施工报告为依据,选择土壤的材料参数及屈服准则(Mohr-Coulomb),对辐条式刀盘掘进过程中土体的稳定性进行了数值模拟。通过辐条式刀盘在天津淤泥质土体的开挖面处的地质适应性有限元模拟,得到了辐条式刀盘对这种土质的适应性,得到了保持土体稳定的临界土仓压力值,并与实际施工所施加的土仓压力值进行对比。本文根据地铁三号线区间内一些典型土质的参数,总结了在土仓压力为定值时,不同随含水量和内聚力等地质参数所对应的地表位移。本文所用的数值模拟方法可以用于不同地质、不同的刀盘掘进界面稳定性分析及其维持界面稳定所需土仓压力的范围。