随着我国城市轨道交通建设的迅猛发展,盾构法因其特有的施工优势得以广泛应用。在实际盾构施工中,位姿控制不及时或不当将引起管片错台及破裂、地面沉降等问题,严重时甚至需要重新设计隧道线路,故盾构位姿的及时、有效控制是保障盾构施工安全与质量的关键环节之一。既有研究主要是聚焦在盾构位姿纠偏上,而与盾构位姿事前控制相关的预测研究较少,且少有研究考虑到盾构位姿的“滞后效应”。面对盾构位姿这一多因素耦合作用的复杂问题,本文立足于盾构位姿的事前控制,在进行盾构掘进位姿力学模型分析并考虑其“滞后效应”的基础上,建立了盾构掘进竖向位姿“门控循环单元-Sobol全局敏感性分析”（“MGRU-Sobol”）预测体系,并通过工程案例对其实践适用性加以检验,为实际施工中盾构位姿事前控制提供了理论支撑和实践指导。主要研究内容包括:（1）以盾构掘进竖向位姿为研究对象,通过建立盾构掘进位姿力学模型以从中提取影响盾构位姿的因素集,建立了以盾构掘进参数、地质参数和几何参数为模型输入、以垂直趋向和俯仰角为模型输出的盾构掘进竖向位姿预测指标体系。考虑到施工数据本身的扰动性和不确定性,建立了包括数据异常值、缺失值以及归一化处理等一系列数据预处理策略,为后续预测模型的建立和训练提供了数据支撑。（2）为解决盾构掘进竖向位姿预测问题,以实际施工数据为驱动力,在确定预测模型输入、输出的基础上,建立了“MGRU-Sobol”预测体系,即从预测模型的框架构建、训练数据的划分、超参数寻优、目标函数及优化算法确定以及模型过拟合处理等方面实现了对盾构掘进竖向位姿MGRU预测模型的建立;在基于K-S检验法确定各模型参数样本数据分布特征的基础上,采用拉丁立方体采样的方式得到大量样本,并通过蒙特卡洛模拟的方式进行MGRU预测模型参数的Sobol’全局敏感性分析,以得到各个模型参数的一阶、总阶和耦合敏感性指数。（3）为验证所建立的“MGRU-Sobol”盾构掘进竖向位姿预测体系的实践适用性,依托成都地铁8号线2标某卵石下伏泥岩地层盾构区间开展了实例应用。MGRU盾构掘进竖向位置和姿态预测模型的精度分别为RMSE=0.083,R~2=0.998;RMSE=0.077,R~2=0.996,均高于长短期时间记忆网络（LSTM）模型和BP神经网络模型的预测精度,证实了MGRU模型在盾构掘进竖向位姿预测方面的适用性和可靠性;通过Sobol’法得到了MGRU预测模型参数的一阶、总阶及耦合敏感性指数,并讨论了其敏感性计算结果的稳健性和收敛性。应用结果表明,本文所建立的预测体系能够有效解决盾构掘进竖向位姿预测问题,可为实际施工中进行盾构位姿事前控制提供理论指导。