随着我国城市化进程的加速,交通拥堵、建设用地紧张和大气污染等一系列“城市病”成为各大型城市在可持续发展中遇到的难题。在众多解决方案中,地铁以其快速、安全、运量大且不占用地面空间的优点,成为缓解城市交通拥堵问题的首要选择。目前,盾构法是大多数地铁区间隧道的主要施工方法,在盾构机的掘进过程中,开挖面失稳破坏将会导致地表塌陷威胁地面建筑及隧道自身的安全。针对上述情况,本文采用Hoek-Brown非线性破坏准则并结合极限分析上限理论提出了盾构隧道开挖面安全系数的计算方法,可以为浅埋破碎岩体中盾构隧道开挖面稳定性评估提供依据。主要研究内容如下:(1)根据盾构隧道在浅埋破碎岩体中掘进时开挖面的塌落破坏特征,采用空间离散技术以“点对点”的方式生成了盾构隧道开挖面上限破坏机制;(2)针对破碎围岩的非线性力学特征,将Hoek-Brown破坏准则引入上限分析的能耗计算中,通过计算上限速度场中的外力功率和内能耗散功率,构建了盾构隧道开挖面安全系数的上限目标函数,利用非线性规划方法对该目标函数进行优化求解,得到了安全系数的上限解和极限状态下的开挖面破坏模式;(3)采用敏感性分析方法,分析了不同参数对开挖面安全系数的影响,通过对比各参数的敏感度因子,得到了对开挖面安全系数影响最大的参数;(4)采用数值模拟技术对盾构隧道的掘进过程进行模拟,得到了 Hoek-Brown破坏准则作用下开挖面安全系数的数值解,将相同参数下安全系数上限解与数值解进行对比,验证了理论计算的正确性;(5)以长沙地铁二号线某区间隧道为工程背景,基于盾构机实测土舱压力和围岩参数计算了该区间隧道开挖面安全系数的上限解和数值解,利用工程实例验证了本文方法的有效性。