随着我国经济的快速发展,城市地面交通拥堵问题日益显著,我国各大城市都在积极地建设地铁,以改善交通状况。地铁隧道开挖目前主要以土压平衡盾构施工方法为主,土压平衡盾构正常掘进的关键是土舱内渣土性质以及舱内外土体压力动态平衡。盾构渣土若不具有良好的粘稠度、塑流性和低透水性,即使调节螺旋输送机的转速土体依然无法及时排出,因此,需注入添加剂改良渣土的塑流状态,即渣土改良技术。本文以济南轨道交通R2市域快线为背景,通过现场勘察、室内试验和现场试验等手段,调研了泉域水文地质特征,开展了富水风化闪长岩复合地层特性与力学特性研究,针对土压平衡盾构长距离穿越风化闪长岩时易发生排土口喷涌、刀盘刀具磨损等问题,开展了渣土改良及带压开舱稳定控制技术研究,得出以下结论:1.R2线盾构区间大部分穿越风化闪长岩地层,通过对风化闪长岩基本力学性质、固结及压缩特性和抗剪强度特性的研究,揭示了富水风化闪长岩地层特性与力学特性,为该地层的渣土改良和带压开舱提供了力学指标。2.通过现场试验评价了膨润土、高分子聚合物、泡沫剂三种渣土改良材料的改良效果和性能,膨润土泥浆与高分子聚合物显著改善了渣土的渗透系数以及流动性指标,有效地减少了现场施工中的喷涌等问题,降低了盾构掘进过程中盾构机的扭矩,提高了掘进速度,而泡沫剂的改良效果较差。3.在实验室中根据现场开舱地层条件配制了试验地层,分别模拟了三种不同密度泥浆的渗透及泥膜闭气试验,试验得出:相同渗透压力下,泥浆渗透时间越长,泥膜越厚,滤水量越小,泥膜的闭气效果越好。随着泥浆的密度增加,相同情况下,泥膜的闭气时间越长,泥膜的闭气效果越好;复合地层中的强风化闪长岩强度大,自稳性高,开舱过程中土舱内气压设定值可根据所处开挖面的静止水压力计算,在此基础上考虑部分土压力;泥浆密度在1.2～1.23g/cm3、粘度在60～120s的泥浆可防止地下水流入土舱,可形成致密的泥膜时间约为12h。