随着城市化进度加快,城市轨道交通的建设逐渐成为解决城市交通拥堵、交通事故多发等问题的有效手段,并且能大幅提高城市的运转效率,使城市更加富有活力,给城市带来更大的发展空间并给城市居民提供更好的生活工作条件。在城市地铁建设过程中,地铁主体结构以及其附属结构设计埋深极浅,地层条件差,并且地下管线及地表道路、城市建筑环境复杂,给地铁建设带来了极大的困难,现有的隧道开挖工法及支护手段不能很好的保证隧道开挖的稳定性和安全性。本文针对城市地铁建设过程中穿越极浅埋软弱地层,通过室内试验研究不同预加固材料的加固效果特性;通过数值模拟及现场试验,以地表变形、洞内收敛、支护内力等为研究指标,深入研究城市地铁建设过程中穿越极浅埋软弱地层条件下隧道开挖预加固方法及其稳定性,本文主要工作及创新成果如下:(1)通过浅埋暗挖隧道开挖工法和超前支护方法的分析研究,并基于普氏压力拱理论提出在极浅埋软弱地层隧道施工中进行全断面超前注浆预加固方法,提出在极浅埋软弱地层暗挖隧道施工中应采用CRD开挖工法,大管棚、小导管、全断面超前注浆预加固支护控制方法,保证隧道开挖的稳定性。(2)通过材料研发试验,研究新型磷酸-水玻璃和水泥-水玻璃注浆材料的凝胶性能和砂土加固体的物理力学性能,研究结果表明:磷酸-水玻璃浆液配比及凝胶时间易调控,工程应用中应选用pH值在4～5之间、凝胶时间在15min～1h的配比,固砂体强度较低;水泥-水玻璃材料凝胶时间可控,并具有较高的强度。(3)数值模拟试验研究表明:在极浅埋软弱地层条件下超前注浆预加固设计加固圈厚度在2～3m时,隧道拱顶竖向位移、地下管线竖向位移、地表竖向位移、侧壁收敛符合相关规定标准,能保证在隧道开挖及支护过程中隧道结构和围岩的稳定性。(4)数值模拟试验研究表明:在极浅埋软弱地层条件下CRD开挖工法设计开挖步距在0.8m时,隧道拱顶竖向位移、地下管线竖向位移、地表竖向位移符合相关规定标准,隧道施工时长为0.5m开挖步距方案的62.9%,能保证在隧道开挖及支护过程中隧道结构和围岩的稳定性,并能大幅提高施工效率和工程效益。(5)依托青岛地铁2号线石老人站B出口人行通道超前注浆预加固及开挖现场试验,选用2m加固圈厚度和磷酸-水玻璃和水泥-水玻璃复合注浆材料进行超前注浆预加固施工,并采用CRD开挖工法,现场试验各项监测数据表明该施工方法适用于极浅埋软弱地层隧道施工。