城市地铁区间隧道已广泛采用盾构法施工,地铁隧道所穿越地层的工程地质条件成为影响盾构隧道安全施工的关键因素。我国地域幅员辽阔,地质条件错综复杂,盾构隧道穿越特殊复杂地质条件时将面临许多亟待解决的技术难题。砂卵石地层中的砂卵石土具有内摩擦角大、流动性差、渗透系数大等特点,在砂卵石地层的盾构施工中会引起出土困难、刀盘磨损、地下水喷涌等问题,对盾构的掘进效率及经济效益有很大影响,所以开展泡沫改良砂卵石土的试验研究具有现实意义。论文主要内容及研究成果如下:(1)通过对浓度为1%、2%、3%、4%、5%、6%的发泡剂溶液进行泡沫优化试验,发现发泡剂溶液浓度对泡沫的半衰期和发泡倍率有着显著影响,且泡沫的半衰期和发泡倍率均随着发泡液浓度的增加呈非线性变化,并得到泡沫发泡倍率及半衰期最为理想时的发泡液浓度为2%~3%;通过对土水质量比为1:9、1:10、1:11、1:12、1:15的钠基和钙基膨润土泥浆进行泥浆优化试验,发现相同土水质量比的钠基膨润土泥浆黏度优于钙基膨润土,钠基膨润土泥浆的最优土水质量比为1:10,最优膨化时间为18h。(2)基于成都地铁7号线砂卵石地层,配制了卵、砾石含量为20%、40%、60%、80%的土体,通过掺入泡沫,进行了室内大型剪切试验、坍落度试验和渗透试验,发现随着泡沫注入率的增加,砂卵石土中泡沫与土结合形成泡沫土的成分增加,卵砾石被泡沫及泡沫土所包裹,抗剪强度和内摩擦角呈非线性降低,坍落度逐渐增大,抗渗性能明显提高,并得到了不同含石量砂卵石土满足盾构施工中“理想状态土体”要求的泡沫注入率。(3)针对单独使用泡沫改良含石量80%砂卵石土效果不佳的情况,采用泡沫泥浆混合对其进行室内改良试验,发现泡沫注入率30%时随着泥浆注入率的增加,砂卵石土的黏性增加,砂石分离现象逐渐消失,抗剪强度和内摩擦角呈非线性降低,坍落度逐渐增大,而改良后土体的抗渗性能却未得到明显提高,同时,得到含石量80%砂卵石土理想的改良剂配比参数为泡沫注入率30%、泥浆注入率为15.3%。上述研究成果对于确定泡沫改良砂卵石土的方案具有一定的实用价值和指导意义,并加深了泡沫改良砂卵石土内在机理方面的认识。