作为城市交通大动脉的南昌地铁,大量修建在赣江河流二元阶地、穿越上部富水砂层-下部泥质含量较高的泥质粉砂岩复合地层。上部富水砂层粘聚力小、透水性强、强度低,掌子面极易失稳,造成突水、涌砂等工程问题,而下部泥质含量较高的泥质粉砂岩,强度高,遇水软化,容易引起盾构刀盘渣土烧结,堵塞排渣通道。由于没有成熟的掌子面稳定计算理论,工程实践中掌子面支护压力主要依赖施工技术人员的工程经验,导致工程险情时有发生。为此,南昌轨道集团、广州地铁设计院和中铁十八局立项“富水砂层地区地铁建设关键技术研究”和“南昌地铁4号线土建3标区间隧道掘进与环境保护关键技术应用研究”课题。在上述课题资助下,本文通过极限分析、数值模拟与现场监测手段,结合强度与土体变形控制方法,深入研究复合地层盾构隧道掌子面失稳机理,探明渗流作用下掌子面失稳破坏特性,提出掌子面压力的理论计算方法。主要研究内容和结论如下:（1）首先对均质砂土地层盾构隧道掌子面稳定性进行分析,提出了掌子面极限支护力计算方法,在此基础上研究砂土-泥质岩复合地层掌子面失稳模式,同时针对局部失稳特点提出了复合地层掌子面极限支护力计算方法;（2）进一步考虑渗流作用下不同参数对掌子面稳定性影响,发现渗流力作用下失稳区域为地表与掌子面同步发展而后逐渐贯通,形成“漏斗状”失稳面,其对周边地层扰动范围远远大于干砂地层;（3）除对掌子面稳定进行强度控制分析外,结合土层变形控制,提出了分层土隧道开挖引起地面沉降槽宽度计算方法,对于砂土地层体积损失需控制在0.6%～1.3%,并给出了富水砂层、富水砂-泥质岩复合地层掌子面临界支护压力计算公式。