为了解决我国城市交通拥挤问题,轨道交通工程得到了迅猛发展,地铁数量与里程不断增加,隧道地表沉降与塌陷时有发生,地铁盾构施工的速度也越来越快,其施工安全备受关注,隧道围岩变形及地表建筑沉降监测与分析预警工作尤为重要。本文以多个地铁区间隧道施工为例,针对有限元方法模拟隧道开挖过程受参数取值影响导致精度降低问题,提出利用BP神经网络和数值模拟方法来对隧道围岩力学参数进行反演,进而研究盾构施工过程中的围岩变形规律及稳定性影响因子。主要研究内容如下:1)根据地铁隧道工程情况及盾构法施工理念,建立了一整套现场盾构施工监测方案,并对不同隧道盾构段监测点的拱顶沉降和水平收敛位移变化规律进行监测分析。结合现场区间盾构施工路段,建立有限元模型,数值模拟分析盾构施工时对隧道围岩的变形影响规律。通过改变相关土体的5个物理参数值,并进行正交试验设计,设置25组模型参数,得出相应的25组拱顶沉降位移和水平收敛值,为BP神经网络反演模型分析提供实验数据,从而验证反演模型的可靠性。2)结合有限元的计算结果,以马月区间为例提出有限元-神经网络反演模型模拟盾构的施工方法,把拱顶沉降和水平收敛值作为输入层数据,把正交参数作为输出层中的数值,对BP神经网络模型进行训练。再利用后验差法对训练好的BP神经网络进行检验,当后验差比C<0.35和小误差的出现概率P>1时,得出该神经网络预测能力为优。然后将现场监测数据输入反演模型得到相应的物理参数值,再一次地利用有限元软件,输入反演得到的物理参数值,从而得到反演的拱顶沉降位移和水平收敛值,与实测值进行对比分析,结果表明反演结果可靠。再通过对马尹、月白区间用该方法进行模拟,说明在不同地质条件下该方法适用。3)提出有限元和强度折减法结合的方法来计算自稳系数,作为判断围岩稳定性的标准。选取其中的剪切强度参数:粘聚力和内摩擦角,通过强度折减法来计算各个路段处的隧道围岩安全系数,分析围岩自稳能力。结果表明马月区间以DK35+855自稳系数1.726为下限值,部分断面安全系数小于下限值处于不稳定状态。基于Loganathan公式对注浆充填率、支护压力比、偏心率施工工艺引起的地表沉降进行敏感性分析,得出偏心过度超挖对地面沉降的影响最大,其次是注浆填充率,支护压力比影响最小,可见最有效控制地表沉降的施工方法是控制盾构姿态和灌浆效果。针对强度折减法稳定性分析和施工工艺对土体沉降影响提出了一系列施工加固措施与方法。