随着城市轨道交通施工技术的逐渐发展与施工建设中“用工荒”问题的不断加重,城市轨道交通中的区间隧道施工趋于机械化大断面施工,隧道掌子面稳定性问题备受关注。掌子面稳定性问题涉及的因素众多,隧道施工因素为主要扰动因素,地层因素错综复杂,掌子面加固措施繁多。本文受国家重点研发计划（2018YFC0808701）资助,主要选取砂层隧道掌子面为研究对象,对其稳定性开展研究工作,采用模型试验、数值分析等手段,主要工作内容与成果如下:（1）通过开展模型试验,设置不同工法、不同支护方式、不同地层处理条件共十种工况进行研究,探究了砂层隧道掌子面的变形破坏特点,揭示了砂层隧道掌子面的失稳发展规律。将掌子面失稳破坏模式分为中下部挤出破坏与倾倒破坏。从掌子面前方围岩破坏特征出发,将砂层地质条件下掌子面前方及上方土体破坏形态发展趋势认定为:破坏首先朝向掌子面正前方发展,随后破坏区向掌子面前方土体的上方发展,形成楔形空洞,随着破坏区高度的提高,破坏区逐渐扩大,扩大至支护上方,破坏区顶部呈现拱效应。（2）通过数值分析方法,运用Midas GTS NX软件,与模型试验充分结合,分析了不同支护条件下掌子面及前方围岩受力变形规律,分析了注浆范围、砂土层与黏土层互层等影响因素对掌子面稳定性的影响,揭示了影响因素之间存在的耦合效应。结果表明:影响因素之间存在耦合放大效应或耦合减小效应,耦合放大效应对掌子面稳定性危害较大,各因素共同作用下对掌子面稳定性影响并非简单的线性增减关系。掌子面前方土体在拱顶以上的范围,竖向应力逐渐减小,减小幅度加大,在达到隧道拱顶高度时达到一个极小值,随后随着深度的增加竖向应力逐渐渐增大。水平应力减小幅度远超竖向应力。（3）掌子面注浆和超前支护对提高掌子面稳定性有显著的作用,通过注浆改变超前核心土的参数,提高黏聚力、内摩擦角可以增强掌子面稳定性。砂土、黏土互层条件下,黏土层与隧道相对位置的不同对掌子面稳定性影响差别较大。黏土层位于隧道底部对拱顶沉降及掌子面变形控制均有显著作用,效果最佳。位于拱顶上部仅可显著降低拱顶沉降,无法减小掌子面鼓出位移。（4）以掌子面坍塌这一风险事件为研究对象,分析了多风险因素耦合作用机理及耦合放大效应,给出了致险因素间耦合系数的计算方法,可根据公式计算得出在设定环境下,不同的致险因素导致掌子面坍塌的耦合放大系数,对掌子面坍塌风险进行评价。