典型的富水砂卵石地层具有颗粒离散性大、卵石颗粒大、单颗卵石单轴抗压强度高、地层渗透性大等特点。富水砂卵石地层中开展盾构掘进,在砂卵石地层本身特性及盾构掘进施工影响下,将不可避免地产生地层空洞,大体积的地层空洞在地层自重应力及外界条件扰动下将会在地层中扩散,最中将会发展至地表,出现地表大面积沉降甚至出现地表塌陷。本文针对上述情况进行了富水砂卵石情况下,盾构掘进地层产生空洞的原因及地层空洞在地层中扩散过程中空洞结构受力机理分析；进行了地层空洞在地层中扩散的室内模型试验研究；并进行盾构掘进预防空洞出现的措施及空洞出现后的处理措施分析。主要研究成果如下：(1)从砂卵石地层特性及盾构机掘进方式的角度分析地层空洞出现的原因；类比松散地层中隧道毛洞受力机理分析方法分析出现空洞后,砂卵石地层中地层空洞(临时平衡拱)的受力机理；对砂卵石地层中空洞的演化模式进行分析。(2)开展室内模型试验进行地层空洞在地层中的发展情况,主要从地层空洞大小、地层空洞埋深、地层空洞位置、地下水渗流扰动、地表震动扰动、地下水渗流及地表震动耦合作用下地层空洞的发展情况进行描述,初步得出了砂卵石地层盾构掘进地层空洞形成后向上发展及扩散的机制。(3)基于以上理论分析及实验结果,结合目前国内施工实例,进行了盾构掘进过程中产生地层空洞的预防措施及地层空洞出现后的处理措施分析。