本论文以广州地铁九号线4标段马鞍山公园站~莲塘村站盾构隧道工程为依托,对岩溶发育强烈地区上软下硬地层中盾构隧道施工技术及其环境效应进行了深入研究。在盾构隧道的开挖过程中,不仅要保证隧道建设的质量,同时也要考虑盾构隧道施工对周围土体以及邻近建筑所造成的影响。建立符合本工程实际的有限元模型,模拟双线隧道的依次穿越,并对比实测数据得到接近实际工程的隧道施工产生的地层损失,进而对衬砌的内力和盾构施工产生的环境效应进行综合分析。研究针对依托的盾构隧道工程的岩溶地质特性提出了处理方法,在穿越上软下硬地层的施工过程中采用一系列的控制措施,确保工程顺利、高效、优质的完成,为今后类似复杂岩溶地区上软下硬地层中盾构隧道的施工提供了有效的理论参照与工艺借鉴。本文主要研究内容与研究成果如下:(1)岩溶地区盾构隧道施工岩溶处理方案优化研究:通过本工程中岩溶处理的相关流程、处理标准、处理措施及处理效果检验方法以及盾构机通过岩溶发育地段的相关措施针对盾构区间内岩溶处理方法进行介绍和优化,证明了溶洞注浆加固处理在岩溶地层隧道界面施工中的工程适用性,对类似工程具有借鉴意义。(2)盾构隧道穿越岩溶界面的施工参数优化方法:对盾构施工的掘进模式、合理化掘进参数、掘进姿态控制进行了研究,介绍了现场盾构穿越上软下硬地层的施工控制措施,同时结合现有的理论资料以及现场施工实践综合分析,对岩溶地区上软下硬地层中施工参数进行了优化分析。(3)上覆砂土岩溶地层中盾构隧道施工的环境效应影响:介绍现场监测的监测方案布置以及对监测数据的机理进行分析,研究隧道掘进的整个过程中隧道轴线位置附近的地面沉降以及附近房屋的建筑沉降的变化规律,同时验证了本工程针对岩溶处理的方法以及通过上软下硬地层的控制措施的工程适用性,达到了控制盾构隧道施工环境影响的目的。(4)盾构隧道施工过程的有限元数值模拟分析:利用三维有限元软件Plaxis3D Tunnel对广州地铁九号线马鞍山公园站~莲塘村站盾构隧道工程的施工进行数值模拟分析,对比实测数据得到接近实际工程的隧道施工产生的地层损失,进而对衬砌的内力和隧道周围土体的受力位移进行对比分析。综合现场监测数据和有限元计算结果,对岩溶地区上软下硬地层中盾构隧道施工产生的环境效应变化规律进行了探讨。