盾构施工过程中仍有许多问题尚未得到很好解决，如何保证开挖面的稳定性就是其中的重大问题之一。在盾构机的运行过程中，需要在开挖面处施加一定的压力，以平衡开挖面前方的水土压力。开挖面的支护压力过低，会导致地表沉降过大甚至坍塌事故的发生；开挖面的支护压力过高，会导致前方土体发生隆起破坏并加剧刀盘的磨损，增加经济成本。近年来由于开挖面支护压力的设置不当造成了多起事故，因此有必要深入地研究开挖面的支护压力特性，这对安全施工具有重大的意义。针对开挖面支护压力的合理设置问题，本文展开以下工作：
　　（1）为保证数值模拟所用参数的准确性，结合BP神经网络和粒子群算法建立PSO-BP神经网络，对土体参数进行位移反分析，并将所得参数用于下一工况进行验证。结果表明，所建立的PSO-BP能够较好的反映地表变形与土体各参数之间的非线性关系，且避免了BP神经网络中的局部最优解，计算精度比BP神经网络有所提高，反演所得参数精确可靠。
　　（2）研究不同开挖面支护压力下可能造成的破坏情况，利用三维楔形体模型对开挖面最小极限支护压力进行理论推导，通过联立楔形体的平衡方程同时迭代滑动面和水平面之间的夹角β求得开挖面的极限支护压力。
　　（3）对富水软土地层中盾构开挖面支护压力的合理设置进行探究。通过盾构分段开挖，研究在欠压和超压支护条件下的地表沉降规律、塑性区变化规律以及土层变形规律。结果表明，欠压条件下随着支护应力比的变化，开挖面共经历不敏感、敏感、突变三个阶段，87%的开挖面支护压力都用来平衡渗流力，在考虑地下水时盾构开挖面最小极限支护压力为0.4倍静止水土压力；超压条件下对开挖面的影响并不大。
　　（4）分析不同隧道埋深、直径以及土层各参数对盾构开挖面稳定性的影响，得出各因素在不同支护压应力比下的开挖面位移规律和地表沉降规律。结果表明，埋深对极限支护应力比的影响不大，但在一倍隧道直径埋深下，隧道两边会有明显的隆起；在失稳时，开挖面中心点的水平位移随隧道直径增大呈线性增大关系；随土层弹性模量的增大（11MPa~19MPa）对应的极限支护应力比在减小；沉降槽宽度系数几乎不随土层内摩擦角（25°~33°）的变化而变化，但当内摩擦角在增大时与之对应的地表沉降值在减小；随着粘聚力逐渐增大（8kPa~20kPa），开挖面极限支护应力比非线性减小，且支护曲线当中的敏感阶段随之延长。
　　本文的研究成果对土压平衡盾构在高富水软土地层中的开挖面稳定性控制有一定的指导意义。