如今城市轨道交通在快速发展,盾构法作为地铁隧道施工最常用的开挖方法,其具有明显的经济性、效率性。在经过这么多年的工程实践,中国的盾构技术已经得到快速的发展。但是由于地层的多样性和复杂性,尤其像在广州这种珠三角地区存在着许多复合地层,其中上软下硬的复合地层是盾构隧道开挖的一个风险源。为了保证隧道在上软下硬的地层中能够顺利安全地开挖,必须要充分研究好盾构机的选型和刀盘的布置以使盾构机能适应所需开挖的地层,还要对掘进参数的取值范围进行合理控制,以防掘进参数取值不当引起地表坍塌等事故。通过阅读大量的文献,本文借助广州地铁8号线北延段小坪~石井区间的盾构工程,对上软下硬的砂土-灰岩复合地层的隧道掘进开挖进行研究,主要工作内容如下:(1)根据工程项目对砂土-灰岩复合地层盾构机选型原则进行适用性研究,并根据实测的刀具数据,研究刀盘刀具布置原则对混合盾构机滚刀布置评价的适用性。(2)根据盾构机所选取的类型,对均一地层的泥水舱压力及总推力进行了总结及完善,并与实测的掘进数据做了对比分析,进而得出砂土-灰岩复合地层中泥水舱压力和总推力的数学计算模型。(3)对现场施工的均一地层和砂土-灰岩复合地层的实测掘进参数进行收集统计及对比分析,研究了复合地层中掘进参数的分布规律。并对比较难以运用理论公式计算得出的掘进参数进行拟合分析,得出各掘进参数间的关系,建立数学模型,为接下来的参数优化提供依据。(4)根据本文依托的工程实际,对砂土-灰岩复合地层隧道开挖的过程利用Midas GTS NX有限元软件模拟,并验证模型的正确性。然后在此模型的基础上,通过正交试验设计有限元试验工况,分析泥水舱压力、总推力及注浆压力对地表沉降的影响程度。并在正交试验结果的基础上,通过引入掘进速度,对掘进参数进行更进一步的优化,为后续工程能够安全、高效地施工提供指导。