国家“十四五”规划提出“加快建设交通强国,有序推进城市轨道交通发展”的发展要求,地铁作为城市轨道交通的重要制式,是城市交通重大基础设施工程的生命线工程。截止到2021年12月,中国内地共有48个城市开通地铁运营线路,运营总里程7253.73公里,预计到2026年我国城市轨道交通运营里程将达到1.37万公里。地铁隧道不可避免穿越富水地层,受侵蚀环境、极端条件、灾害、碰撞等因素作用,以及拼装控制精度和同步注浆质量的影响,作为盾构隧道屏障的管片结构常出现结构开裂、错台、破损等问题,且会引起周围地层变形,严重的会造成地表塌陷和建筑物倾覆,严重危害工程安全和人民生命财产安全。本文依托济南轨道交通2号线工程,通过室内实验和数值模拟研究方法,围绕盾构同步注浆施工管片结构受力和地表沉降控制问题,研究同步注浆浆液最优配比,揭示同步注浆管片受力特性及地表变形规律,结合现场地表沉降监测数据提出控制地表沉降的控制措施。主要研究工作和成果如下:（1）开展了同步注浆浆液配比室内实验研究,分别分析了水灰比、粉煤灰含量、渣土比、生石灰含量和膨胀剂含量对浆液稠度、结石率、泌水率、凝结时间、流动度和抗压强度的影响规律,揭示了单因素对同步注浆材料强度影响规律,提出了同步注浆浆液最优配比,28d抗压强度为2.12MPa,符合施工要求。（2）以济南地铁二号线凤-彭区间为原型,采用ABAQUS仿真软件,构建了盾构隧道掘进全过程数值仿真模型,考虑同步注浆浆液参数和注浆参数,开展了盾构掘进地表沉降和管片受力分析,得到了如下结论:盾构施工对地层产生剪力破坏,在开挖面出现应力集中现象,盾构施工对地表横向沉降的影响为距隧道轴线20m（3D）范围内;随着土层深度的增加,横向沉降槽宽度系数逐渐减小,沉降槽宽度变小;随着盾构的推进,顶部管片下沉,底部管片上浮,左右侧管片产生远离隧道轴线的位移,横向最大地表沉降呈减速增大的趋势;轴向地表沉降则呈“S”形,轴向最大地表沉降量随盾构的推进呈减速增大的趋势。（3）为进一步研究同步注浆施工对管片受力和地表沉降的影响,分别分析了注浆压力以及注浆材料的弹性模量、泊松比三种因素的影响规律,结果表明:注浆压力、注浆材料弹性模量及泊松比的调整对地表横向、轴向沉陷及管片位移的整体变化规律影响较小;横向地表沉降为对称“凹槽”状,轴向地表沿推进方向的沉降差异较小;注浆参数的增大均能有效控制横向、轴向地表沉降及顶部管片的下沉;而底部管片上浮及右侧管片位移均随注浆参数的增大而增大;注浆压力宜在0.45-0.55 MPa之间,注浆材料的弹性模量应在300-400MPa之间,泊松比不应大于0.3。（4）将地表沉降现场监测数据与数值计算结果进行了对比,发现两者比较吻合,验证了数值计算的准确性,提出了地表沉降的控制措施。