随着我国交通建设的发展,城市地铁建设日益发达,受限于城市公共道路及周围建(构)筑物,地铁隧道的建设将不可避免地出现大坡度上仰或下俯的姿态,极易造成刀盘前方土体失稳、坍塌等灾害,对盾构施工技术及姿态调整提出了更为严格的要求。本文以郑州地铁14号线市民文化服务区地下交通工程D合同段市委党校站～奥体中心站～星空路站盾构区间为工程背景,采用理论计算、数值模拟及现场监测相结合的方式对大坡度盾构隧道开挖引起的应力变化、地表沉降规律、开挖面极限支护力确定及多影响因素敏感性等方面展开研究。主要研究工作如下:(1)对不同线路坡度下的盾构隧道施工进行了模拟计算发现,隧道掘进施工引起的地层损失使得隧道上方土体水平位移x总体表现指向隧道中心;隧道上方的竖向位移z曲线呈现正态分布,随着深度的不断增加,竖向位移不断增加,扰动范围逐渐减小。同时,地表水平位移x随着线路坡度护的增大而增大,而地表沉降值z呈现二次抛物线递减的趋势。(2)对郑州地铁14号线市委党校～奥体中心站盾构区间地面沉降数据采用线性回归分析的方法,引进修正系数α、β对Peck经验公式中最大沉降值Smax、沉降槽宽度i进行了修正,得出当修正系数α和β分别介于0.33～0.73、0.6～1.0之间时,改进后的Peck曲线与现场实测更为吻合,预测效果良好。(3)先后引入应力支护比及极限支护压力,随着支护力的不断降低,开挖面前方的土体位移量不断增大,当开挖面支护力降低到一定程度时,即λ=0.2时,土体水平位移量发生突变,开挖面失稳,认为此时对应的开挖面支护力为最小极限支护力,即为29.42kPa。(4)通过对盾构隧道开挖面前方土体的破坏形式的分析发现,盾构隧道引起的变形主要发生于开挖面,由开挖面顶部逐渐向地表发展。(5)分析了线路坡度、隧道埋深、土体内摩擦角及黏聚力等关键参数对开挖面极限支护力的影响并揭示了相应的规律。随着隧道埋深的不断增大,开挖面极限支护应力比越大,当盾构埋深超过一定程度后,由于盾构隧道上覆土体的“成拱”效应,增幅逐渐变缓,呈二次函数;开挖面稳定性随着土体黏聚力的增大而不断提高,极限支护应力比呈线性减小;极限支护应力比随着土体内摩擦角的增大呈二次函数减小;随着线路坡度角的增大,开挖面越来越不稳定,所需极限支护应力比也越来越高,呈线性增长。