砂性地层是典型的力学不稳定地层,砂粒空隙大,粘结力小,地层反应灵敏,盾构在该地层中掘进极易破坏地层的原始稳定状态,土体扰动较大,产生较大地层损失。本文采取室内试验、数值模拟、现场监测相结合的方法,研究了地层损失率大小、盾构埋深、地层损失的连续、地下水位变化对纵向及横向地表沉降的影响规律,并结合兰州地铁工程实例,提出控制地表沉降的掘进参数优化措施,得出的主要成果如下:(1)分析总结了盾构掘进引起地层损失的原因,同时采用离散元PFC从细观层面分析了砂性地层盾构掘进引发地层损失在地层中的发展过程,并采用颗粒流方法分析了砂性地层地层损失率大小、连续性及隧道埋深因素对地表沉降的影响。(2)采用FLAC3D软件建立了盾构隧道三维模型,通过改变材参的方法实现盾构掘进的动态模拟,计算中通过控制间隙参数g的大小来实现不同地层损失的模拟,分析得出了隧道埋深及地层损失率大小对地表沉降的影响。(3)结合自行研制的模型箱开展了几何相似比为1:20的室内模型试验,通过液囊排水模拟地层损失,分别针对干砂和湿砂两种地层条件,得到了地层损失率大小、盾构埋深、地层损失的连续、地下水位变化对纵向及横向地表沉降的影响规律。(4)依托兰州地铁一号线迎门滩～马滩下穿黄河盾构隧道工程,得出实际施工中盾构各项掘进参数的动态变化规律及推力、扭矩与掘进速度、刀盘转速各参数之间的相互影响;采用FLAC3D数值模拟方法分析了施工过程中支护压力、注浆压力等掘进参数与地表沉降的关系,提出了控制地表沉降的盾构掘进参数优化措施。