盾构法在隧道施工中的应用越来越普遍,其施工过程不可避免地会引起地层的移动和变形。目前,对砂卵石地层中盾构施工地层变形规律和控制方法研究较少,缺乏可供参考的研究成果。卵石地层是一种典型的力学不稳定层,表现出颗粒间点点接触传力,易受扰动,灵敏度高,结构松散且无粘聚力。因此对卵石地层中盾构开挖稳定性的研究十分必要。本文以兰州地铁隧道的盾构施工为研究背景,紧密结合兰州城区试验段盾构隧道所在位置特有的工程地质及水文地质条件,对卵石地层中盾构开挖过程中开挖面的稳定性进行了深入研究,主要研究内容如下:1、以工程地质与经典土力学理论为基础,分析了盾构施工引起隧道上方地层变形与失稳的规律,提出采用地表竖向设置锚杆预加固的技术手段进行超前地层加固。目前,这种加固理念较少用于盾构式隧道开挖施工中,其应用成果将为兰州地铁后续隧道施工及其他类似工程施工提供重要参考,具有创新性和较高的工程应用价值。2、根据砂卵石地层太沙基有效松动土压力计算理论,结合兰州地铁隧道试验段的地层条件,计算了隧道上覆土压力。采用极限分析理论,结合楔型土体压力计算模型,提出保证盾构施工中开挖面土体稳定性的支护力计算公式,确定了盾构施工中推进力和隧道开挖面支护力的安全范围,为有效降低隧道施工引起的地表下沉或隆起提供了可靠的理论依据。3、以兰州地铁为背景,对锚杆预加固的加固机理及效果进行理论分析和计算,得出设置竖向锚杆可在不同程度提高地层土体的粘聚力和内摩擦角,减小开挖面的支护压力,从而有效提高砂卵石地层的强度及开挖面的稳定性。4、借助有限分差计算软件FLAC 3D,模拟分析锚杆竖向加固作用效果,并通过调整锚杆入土深度和布设间距,进行锚杆加固效果对比。