随着经济与社会的发展,城市规模与人口数量持续增大,随之增加的私人轿车带来交通拥堵、交通事故频发等问题,进行地铁及轻轨建设,建立并完善快速轨道交通系统是当前解决城市交通问题的有效途径。地铁车站是地下铁道中的重要部分,随着修建地铁的城市数量逐年增加,修建地铁车站所面临的地层复杂多变。青岛位于"上软下硬"地层,且第四系表土层厚度小,很多车站整体位于花岗岩之中,鉴于采用软土地区暗挖工法过于保守,建设者提出了初支拱盖法,但其开挖过程围岩稳定性、安全裕度等均有待研究,本文针对不同围岩等级及覆岩厚度,通过数值模拟分析、模型试验、现场试验等方法,以围岩变形、围岩应力、支护内力为主要研究指标,深入研究不同地层条件下初支拱盖法开挖过程力学行为及适用性,本文主要工作及创新成果如下:(1)通过COMSOL Multiphysics建立采用初支拱盖法开挖的地铁车站有限元数值模型,根据不同围岩等级(Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级)及覆岩厚度(2m、4m、6m、8m)共分为12种工况进行了计算,确定了初支拱盖法开挖地铁车站在Ⅱ、Ⅳ、Ⅳ级围岩条件下的极限覆岩厚度分别为2m、略小于4m、略小于6m。(2)取初支拱盖法开挖地铁车站在Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级围岩条件下的合理覆岩厚度为3m、5m、7m,运用有限元强度折减法进行验算,计算表明,Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级围岩条件下的安全系数分别为1.6、1.7、1.6;车站主要破坏形式为拱顶坍塌破坏。(3)开展大型地质力学模型试验,模拟初支拱盖法车站开挖支护全过程,对围岩变形、围岩内部应力、初期支护应力演化规律综合对比分析,结果表明:Ⅲ级围岩条件下,覆岩厚度大于4m时,可保证开挖过程围岩及支护稳定。(4)依托青岛地铁2号线海川路站初支拱盖法开挖工程实例,开展现场试验,开挖过程中对地表位移、洞内收敛、钢筋应力进行监测,数据表明,车站开挖引起的地表沉降量、初期支护的安全性、围岩稳定性均达到国家标准及施工要求,初支拱盖法在此类地层中适用。