土压平衡盾构法因具有施工速度快、劳动强度低、对环境影响小、施工经济等优点,被广泛应用于城市地铁隧道施工中。盾构机在富水砂层、砂卵石地层中掘进时,由于砂土、砂卵石土粘聚力较低,内摩擦角较大,流塑性差,渗透系数大,土仓压力平衡难以建立,且在富水条件下在掘进过程中极易发生掌子面失稳发生坍塌、“喷涌”,因此需要通过渣土改良对渣土渗透性进行调整,增加渣土抗渗性和流塑性。本文通以西安地铁十四号线学府路~辛王路区间工程为依托,过资料整理、室内试验、数值模拟等方式,对土压平衡盾构中改良剂对砂土渗透性的影响进行了研究,为现场施工提供参考。主要成果如下:(1)对泡沫、膨润土泥浆微观机理及改良剂改良砂土的作用机理进行分析整理,为后续实验及数值模拟提供了理论指导。(2)考虑通过增加改良剂粘度达到增加砂土粘聚力、抗渗性和流塑性的目的,采用羧甲基纤维素钠、纯碱、烧碱等添加剂对泡沫及膨润土泥浆进行优化实验,得出改良剂在一定条件下的最优添加比例,提高改良剂性能。结果显示羧甲基纤维素钠可明显增加泡沫的半衰期,而烧碱、纯碱及羧甲基纤维素钠在合适比例下可增加膨润土泥浆粘度并缩短膨化时间。(3)采用优化后的改良剂对现场砂土试样进行室内改良渗透试验,得出了不同条件下的最优添加比例,并进行正交实验研究砂土渗透性各因素影响大小。结果显示改良剂对与砂土均有较好的改良效果,且优化后的改良剂效果更好。在进行改良时泥浆注入比影响最大,其次是泥浆粘度和泡沫体积分数,而泡沫注入率的影响较小。(4)通过使用FLAC3D软件对现场工况进行数值模拟,对比分析了改良前后螺旋输送机水压分布的变化情况,检验渣土改良效果,优化改良方案。