盾构施工不可避免地会引起周围土层沉降和土压力变化,不同土质中土层的沉降规律和土压力变化规律是不同的。探究盾构施工中土质改变时土层沉降规律及土压力变化规律如何改变对保证盾构的安全顺利进行具有重要意义。以合肥轨道交通盾构施工为研究背景,首先采用合肥地区典型砂土和黏土作为试验材料进行模型试验,探究盾构开挖情况下两种土质的地表沉降和土压力变化规律。结果表明:与黏土相比,砂土对开挖扰动更加敏感。开挖后砂土的沉降和土压力变化较快,土体在更短的时间内恢复稳定,同时砂土模型中相邻沉降测点测得的沉降值相差较大,最终的沉降槽起伏明显。而黏土的沉降和土压力变化较慢,最终的沉降槽较平缓。对两种土质还均有如下试验结果:开挖阶段的沉降值占总沉降值的比例约为45%~50%,两种土质的这一比例相差在5%以内。四个试验阶段中土压力减小速度和沉降速度呈现相似的规律,土压力减小速度可反映地层沉降速度。试验中最大沉降值出现在先开挖侧而最大沉降速度出现在后开挖侧。最终的“双峰”状沉降槽可看作由两侧单独开挖形成沉降槽的叠加,但沉降槽并非完全对称,先开挖侧深于后开挖侧。其次,针对黏土和砂土性质的差异,采用有限差分和颗粒流软件对模型试验结果进行验证的同时,进一步探究盾构开挖引起土层沉降和土压力变化内部机理。有限差分法得到的砂土和黏土沉降云图、土压力分布及地表沉降最大值均与模型试验结果吻合,同时给出了隧道周围应力场的完整分布及其变化过程。颗粒流计算则完整地给出砂土开挖后土层沉降发展和土压力调整的具体过程,揭示了砂土中两种变化的内部机理。最后,将典型黏土和砂土施工断面的监测结果与模型试验及数值计算结果进行比对,再次验证了试验及计算的正确性。文中的结果可为后续合肥地区盾构施工提供一定的参考。