隧道结构设计，首先需要计算洞身结构所受荷载情况，在本虚拟仿真实验中，考虑土体荷载情况的基础上，选择适宜的管片结构，然后进行稳定性验算，分析隧道盾构施工后，管片结构的变形和土体的沉降量是否超过预警值。在盾构隧道施工实验中，除了按照设计步骤施工外，需要实时监测地表沉降量，通过调整盾构机的推进力、出土量等以保证正常施工。

1.土体荷载的计算

在计算土体荷载之前，首先要获取土体参数，土体参数实验在河北大学建筑工程学院土工实验室进行，得到了土的重力、内聚力、内摩擦角、弹性模量、变形模量等参数。

土体荷载的计算包括了竖向压力、水平侧压力、地基反力、弹性反力计算等，如下图所示。

2.盾构隧道结构的内力计算

采用惯用法进行管片内力计算，本设计根据惯用法所求弯矩及轴力计算公式如下表2-1，剪力计算公式如下表2-2。

3.盾构隧道施工地面沉降监测及土压平衡盾构原理

（1）纵向地表沉降

关于盾构施工引起的纵向地表沉降可分为五个阶段，即盾构到达前的地面变形δ1、盾构到达时的地面变形δ2、盾构通过时的地面变形δ3、盾构通过后的瞬时地面变形δ4、地表后期固结变形δ5，前四项地表沉降总和称为即时地表沉降。

（2）横向地表沉降

盾构隧道施工所引起的横向地表沉降形状近似服从正态分布，沉降曲线为正态曲线。Peck研究了地表沉降的横向变形规律，总结出如下横向地表沉降的预测公式。

用函数的形式表示地表横向沉降的曲线为正态分布曲线，即Peck曲线，如下图所示

（3）土压平衡盾构施工原理

土压平衡盾构机是利用安装在盾构最前面的全断面切削刀盘，将正面土体切削下来进入刀盘后面的贮留密封舱内，并使舱内具有适当压力与施工面水土压力平衡（P = Po + Pw），以减少盾构推进对地层土体的扰动，从而控制地表沉降，在出土时由安装在密封舱下部的螺旋运输机向排土口连续的将土渣排出。螺旋运输机是靠转速控制掌握出土量，出土量要密切配合刀盘切削速度，以保持密封舱内始终充满泥土而又不致过于饱满。

4.盾构隧道施工流程及注意事项

（1）盾构隧道施工流程

（2）施工中注意事项

在软土层施工，由于推进力过大、排土量过大等原因导致土压力不平衡易导致地面隆起；在硬土层施工注意事项，由于推进力过小、排土量过小等原因导致土压不平衡而导致地面沉降。