论文针对城市富水地层土压平衡盾构施工的水致灾害机理与安全风险控制问题，通过资料调研、数值模拟、理论分析和室内试验等研究手段，凝练了典型城市地层的突水模式，并对突水发生机理、控制措施和风险管理体系进行了系统研究，主要研究成果如下：
　　(1)通过对城市地铁盾构施工水致安全事故进行统计分析，从水力通道形成的力学机理出发，将城市地铁盾构施工突水分为砂土地层内部侵蚀型和黏土地层拉剪破坏型两种模式。
　　(2)针对砂土的渗流—侵蚀特性，研制了可考虑复杂应力状态和渗流—侵蚀效应的三轴试验装置，研究了砂土内部侵蚀的启动条件和发展规律。采用离散元方法进行立方体三轴剪切试验，从细观角度对砂土侵蚀临界水力梯度的应力相关性现象作出解释。结果表明，侵蚀的发展具有显著的阶段性特征和应力相关性特征；当试样接近破坏状态时，侵蚀临界水力梯度随着剪切比的增大而减小；在相同剪切比作用下，侵蚀临界水力梯度随着围压的增大而增大。细颗粒的应力传递系数随着剪切比的增大而逐渐表现出明显的各向异性，是导致这一现象的根本原因。
　　(3)针对砂土地层内部侵蚀型突水，从细观尺度上建立了砂土颗粒侵蚀启动的应力准则，并将其应用于工程尺度的突水演化过程模拟。通过渗流—应力耦合进程计算，再现了水力通道的萌生和扩展过程。结果表明，砂土内部侵蚀一般首先发生在渗流出口处，并不断向上游发展，发生内部侵蚀的区域成为水源(地层承压水)集中运移的通道。
　　(4)针对黏土地层拉剪破坏型突水，采用FLAC3D6.0内置的MohrT模型，通过渗流—应力非耦合进程计算，再现了水力通道的萌生和扩展过程。结果表明，黏土剪切破坏区自开挖面底部向上发展，张拉破坏区自地表向下发展，两破坏区贯通则形成水源(地表河流)集中运移的通道。
　　(5)基于Mollon(2011)三维旋转破坏机构和Viratjandr(2006)渗透力功率等效计算方法，推导了考虑地下水渗流作用的开挖面有效支护压力上限解。通过对TFSS程序(Matlab开源代码)进行二次开发，实现了开挖面上限有效支护压力的优化求解。结果表明，开挖面上限有效支护压力随着地下水渗流作用的增强而增大，随着地层黏聚力的增大减小。
　　(6)基于上述研究成果，以突水风险过程控制为核心，提出并建立了盾构施工突水风险管理体系。通过融合多源监控量测信息，对工程突水危险性做出评价，及时指导控制措施的选择与调整，从而实现对突水安全风险的动态控制。该风险管理体系在天津地铁6号线盾构下穿北运河和子牙河三岔河口施工中得到了成功应用。