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广州地铁六号线九标段地质条件复杂,围岩软弱破碎,地表为居民居住区及海印电器城,地面建筑密集,施工对环境保护的要求很高,因此该工程要求全断面采用掘进机进行开挖。使用掘进机进行隧道开挖对围岩的损伤小、开挖表面光滑平整且施工相对安全,更为重要的是其震动和噪声小,对周围居民和结构物的影响很小;然而采用掘进机施工也存在着一些问题,如掘进机功率过高、刀盘损耗严重更换频繁、隧洞内多淤泥影响掘进机的正常工作等等。本文结合六号线东湖站站前停车线段的工程实际,以控制工程施工对地面城市环境的影响为研究出发点,兼顾隧道围岩的稳定性、工程施工的安全性以及施工效率和工程造价,应用三维大型有限差分岩土计算软件FLAC3D对标准单线隧道的掘进机和钻爆法施工分别进行了模拟计算,从隧道施工对地面环境的影响、围岩的稳定等方面综合对比分析,进而提出该工程实际的最佳掘进方案——掘进机与爆破相结合的掘进方法,最大限度发挥掘进机优势的同时降低爆破施工对周围环境的影响,并进行了三维数值模拟预测其施工效应,为类似的隧道施工提供了一个可以借鉴的实例。1.在国内外软弱围岩隧道施工技术以及掘进机施工技术的研究成果上对软岩隧道的各种特性以及掘进机的适用性进行了讨论,对悬臂式掘进机在软岩隧道施工中的应用进行了论述和探讨,提出悬臂式掘进机适用性的围岩分级指标。2.提出梯度荷载释放法,并以此来模拟掘进机开挖的力学效果。通过数值模拟的研究方法对软岩隧道的掘进机施工进行三维仿真模拟,分析了隧道开挖及支护过程中围岩和衬砌的应力、位移、塑性区变化等特征,对软岩地铁隧道在不同工法下的掘进机施工力学行为及隧道的稳定性加以讨论,并对施工方法进行了优化。3.应用岩土计算软件FLAC3D的动力计算模块对软岩隧道的钻爆法施工进行数值模拟,应用国际上较为普遍采用的指数型时间滞后函数爆破模型进行加载,分析了爆破地震引起的地表振动及能量的释放过程,并与现场实测资料进行对比、统计计算误差,验证其适用性。4.最后,将软岩隧道在掘进机施工与爆破施工下的围岩变形及力学响应进行对比分析,进而拟定标准单线隧道采用掘进机与爆破相结合的施工方案,并进行了施工效应的预测。为了解和掌握软弱破碎围岩地铁隧道的工程特点及掘进机施工力学行为,采用数值分析的方法模拟了隧道动态施工的全过程。数值分析方法不仅可以解释、分析现场观测到的复杂现象,弥补现场监测测点布置及观测内容有限等方面的不足,还可以模拟实际工程中的不良工况,对隧道施工中可能出现的情况进行预报分析,从而有力的促进地铁隧道的安全施工。