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地层空洞的存在严重降低了围岩的整体性，在浅埋地铁隧道的施工扰动下，极易发生失稳破坏，诱发地面塌陷事故。针对城市浅埋地铁隧道上方存在空洞地层的问题，通过三维数值模拟和模型试验对空洞大小及空洞与隧道间净距对地层变形的影响进行了研究。数值模拟研究结果表明：地层空洞导致地表沉降均呈现出不同程度的增大，并且空洞越大、净距越小对地层变形影响越显著；对于较大直径的空洞，空洞与隧道间存在一临界净距，当净距小于临界值时，地表沉降随着净距增大而减小，当净距大于临界值时，地表沉降随着净距增大而增大，并且空洞越大临界净距越小；对于小直径空洞，随着净距增大，地袁沉降只呈现出逐渐减小的规律；空洞与隧道周围塑性区扩展贯通导致地层发生整体失稳以及空洞周围塑性区发展至地表导致局部塌方是隧道上方含空洞地层两种典型破坏模式。模型试验得到的净距对地袁沉降的影响规律与数值模拟结果基本一致，验证了数值计算结果的可靠性。研究成果可为含空洞地层中隧道施工地层变形控制研究提供参考和借鉴。