随着经济的快速发展,地下隧道工程日益增多,泥水盾构以其独有的优势而被广泛应用,由于城市发展的需要,泥水盾构正逐步朝着大断面、浅覆土、长距离的方向发展。而在大断面泥水盾构隧道施工中,对开挖面的稳定控制是保证工程安全和质量的关键。对超大型泥水盾构隧道来说,隧道开挖面泥水质量和切口压力是影响开挖面稳定的关键。实际施工中,泥水质量较差时,将无法形成致密的泥膜,导致泥水压力无法有效的作用于开挖面,造成较大压力波动,对开挖面稳定不利。当切口压力设定值较大时,不仅会诱发产生地表隆起,且易造成盾构刀盘的较大磨损,而泥水压力设定值太低又会造成地表沉降过大,甚至会导致开挖面坍塌,安全性得不到保障。因此研究泥水指标和切口压力的现场控制方法具有重要工程价值。本文针对超大直径泥水盾构开挖面泥水指标和切口压力现场控制问题研究需要,依托正在新建的上海北横通道工程,结合现场的实测数据与三维有限元分析方法,研究实际施工过程中泥水指标的控制以及切口压力的设定方法,主要内容如下:(1)研究和总结实际施工过程中不同施工区段的工程特点,结合北横现场实测数据进行对比分析,得到不同施工区段时泥水指标控制方法及相应措施,并建立了一套泥水粘度和进泥比重这两大指标的现场控制体系,为后续切口压力的研究奠定基础。(2)研究复合地层中超大直径泥水盾构在不同应力平衡点下的地表变形情况,结合北横现场实测数据,采用有限元和理论计算模型,对传统的切口压力计算方法进行优化,提出了一种考虑盾构大直径和泥水梯度效应联合作用下的复合土层中基于最佳应力平衡计算点位的开挖面切口压力确定方法。(3)采用有限元计算模型,研究隧道不同埋深、不同地层条件对开挖面极限切口压力的影响。提出基于应力比(开挖面的切口压力与开挖面中心处的土层水平静止土压力之比)为指标,不同工况所对应的最小极限切口压力值,并探讨砂土和黏土中其最小极限切口压力的差异性。(4)采用小应变硬化土体模型,考虑同步注浆等效性,建立三维有限元计算模型,研究开挖面切口压力和主要地层参数对地表变形的影响,基于敏感性分析理论,揭示不同隧道埋深时,上述各参数对地表变形的影响,总结对地表变形敏感程度较高的参数,提出切口压力对开挖面前方地表变形影响最大的点在开挖面前方(H+D/2)处,故应严格控制切口压力以减小对前方土体的扰动。(5)结合前文研究结果和北横现场监测数据分析,就现有切口压力的现场设定方法进行了系统化总结并形成了一套切口压力现场控制体系,对指导现场施工具有较高参考价值。