土压平衡盾构因受外部环境影响较小、运营成本较低等优点而被广泛用于城市地铁隧道建设,但在砂卵石地层中施工时对地层的扰动和开挖面稳定难以控制,严重时甚至造成地表塌陷。本文依托洛阳轨道交通2号线一期工程,采用理论分析、现场试验、室内试验和数值模拟方法,对砂卵石地层土压平衡盾构掘进产生地层扰动和开挖面稳定分析方法进行研究,主要工作和研究成果如下:（1）依托实际工程和盾构掘进施工特点,提出了土压平衡盾构掘进现场砂卵石地层扰动的测量方法,对盾构隧道监测区间内的盾构掘进参数、典型断面的地表沉降、地层分层沉降、地层水平方向土压力及孔隙水压力进行了监测;通过对监测数据的统计分析,分析了盾构掘进参数与地层扰动的关系,初步明确了盾构掘进对砂卵石地层的扰动规律。（2）采用有限元数值模拟方法对监测区间盾构掘进过程进行了数值仿真,根据数值模拟结果,重点分析了盾构掘进引起的砂卵石地层横、纵向地表沉降及地层分层沉降的一般规律;通过对比现场实测数据与数值仿真结果,验证了数值仿真结果的合理性。（3）基于非极限状态土压力理论及塑性极限平衡分析方法,考虑盾构开挖面前方一点的加卸载应力路径,建立了开挖面位移变化率与掘进速率和支护压力的理论关系;在此基础上,提出了可以考虑盾构掘进速率、螺旋机转速和刀盘转速的开挖面支护力计算方法。（4）对取自依托工程现场的砂卵石试样进行了2组不同应力路径下的大型室内三轴剪切试验,确定了所推导的盾构开挖面支护力计算公式中的8个参数,据此分析了砂卵石地层参数、盾构掘进速率、螺旋机转速和刀盘转速变化对开挖面支护力的影响规律。（5）考虑不同埋深比、不同内摩擦角和开挖面主、被动位移情况组成的32种盾构掘进工况,采用有限元数值模拟方法,分析了开挖面位移变化率对开挖面前方土体塑性区演化、开挖面周围土层内的应力分布及开挖面前方地表的沉降规律,并与理论计算结果进行对比,验证了本文所提出理论公式的合理性。本文研究成果不仅有助于分析土压平衡盾构砂卵石地层掘进对地层的扰动,而且对盾构掘进过程中开挖面的动态稳定控制也有重要的意义。