随着土压平衡盾构掘进技术不断精进,其应用范围已由传统的软土地层逐渐扩展至砂性地层、砂卵石地层等高渗透性地层。盾构在此类地层中掘进时,易出现喷涌现象,喷涌往往引起掘进中排土速度过快,导致掌子面失稳及地表沉降过大等问题。使用泡沫渣土改良技术可降低土体渗透性,从而尽可能避免上述问题发生。本文通过资料调研、理论分析、室内试验、国内外数据交叉比对等方式系统的研究了泡沫渣土改良对土体渗透性的影响方式,在规范化泡沫渣土改良方案及发泡系统方面进行了探索。研究成果可应用在包括砂卵石地层在内的各类地层中,为泡沫渣土改良方案制定提供理论依据和技术支撑。主要研究内容及研究成果如下:(1)比对总结了国内外土体渗透性仪器设计方案,提出了现有渗透性仪器的不足,设计了改进的渗透性仪器,改进仪器的试验步骤更加简便快捷。(2)提出盾构发泡系统效果优劣的三个主要影响因素:发泡液表面张力、发泡枪形态、发泡气压。使用表面张力及泡沫形态观测试验,研究了上述因素,初步分析了发泡液浓度对表面张力的影响,发泡枪类型及发泡气压对发泡效果的影响。(3)通过进行土体渗透性试验,明确了压差、发泡液浓度、土体基础含水率、泡沫注入率、气液比等因素对改良渣土渗透性的影响方式,并建立了气泡粒径与渣土改良效果之间的联系。(4)采用不同粒径级配的土体进行渗透试验,研究了颗粒级配对土体泡沫渣土改良效果的作用模式,修正了基于颗粒级配的泡沫注入率计算公式。结合坍落度试验、压缩试验及剪切试验研究了颗粒性质对泡沫改良效果的影响方式,在颗粒级配泡沫注入率计算公式的基础上,提出了土体性质校正参数,将该公式的适用范围扩展至黏性土。归纳了国内外近期主要渣土改良研究成果,归纳的研究成果验证了该公式的合理性。