我国是世界上城市化速度最快的国家,轨道交通作为城市化的名片,是解决城市拥堵的关键。目前已有50个城市开通轨道交通线路270余条,在建里程超过9000 km,盾构法凭借机械化优越性已成为城市轨道交通建设的主流工法。城市施工环境复杂多变,施工风险和难度呈几何级数增长,其中富水无黏性地层约占40%以上,掘进过程极易发生盾构螺旋输送机喷涌灾害导致开挖面失稳、地层坍塌等工程事故,施工安全难以保障,掘进效率受到极大制约。本文基于富水无黏性地层盾构喷涌与改良无黏性土运移规律不明两大难题,通过理论分析、模型试验、流变试验及数值模拟等方法开展了富水无黏性地层盾构喷涌防治机理与渣土运移规律研究,系统地揭示了改良前后无黏性土体的力学行为。揭示了富水无黏性地层盾构喷涌发生机理,建立了改良无黏性土的性能评价指标,提出了基于地层渗透性的喷涌防治技术。探究了富水无黏性地层改良土运移过程流变力学行为,揭示了改良无黏性土运移过程颗粒与流体的相互作用规律,具体研究有:（1）推导了非满仓条件下盾构渣土运移过程地下水渗流方程,揭示了富水无黏性地层盾构喷涌发生机理。研发了盾构渣土运移模型试验系统,开展了富水条件下盾构渣土运移模型试验,揭示了排渣过程水压力的时程分布特征。研究了土仓上部水压力、水流量、螺旋转速、排渣开口率等因素对渣土运移过程水压力分布的影响,提出了富水无黏性地层喷涌发生条件并修正了喷涌临界阈值理论。（2）基于非离子聚合型泡沫压缩性试验及Young-Laplace方程,提出了气压加载—卸载条件下泡沫体积变化规律及泡沫压缩系数计算公式。基于喷涌防治要求与TEM透射电镜试验,研发了高分子长链结构的液态喷涌防止剂,通过吸附包裹不同粒径颗粒封堵渗流通道起到喷涌防治的作用。通过改良土性能试验与改良土运移模型试验,分析了改良土的流动性、渗透性、摩擦性和黏稠性等性质,建立了改良土性能评价指标,提出了基于地层渗透性的盾构喷涌防治技术。（3）基于改良剂泡沫力学性能对环境气压的敏感性,自主研发了气压加载旋转流变仪及测试方法,开展了渣土改良剂与改良土流变试验,探究了常压与气压加载条件下改良剂与改良土的流变特征。分析了气压加载—卸载过程泡沫改良土的三相演化规律,通过引入泡沫气体体积置换理念,提出了渣土改良泡沫实际注入比FIR与饱和度Sr 计算公式。（4）通过三维数字显微系统研究了改良土的细观结构与赋存状态,揭示了泡沫颗粒分布特征及时间演化规律,提出了改良土颗粒间相互作用的接触关系与剪切过程变形方程,标定了颗粒间细观接触参数。采用颗粒流PFC与内嵌CFD模块实现流固双向耦合,模拟改良土运移过程颗粒间及颗粒—流体间的相互作用关系,提出截面有效排渣效率与颗粒力学行为。（5）在上述研究的基础上,以济南地铁某盾构工程和南昌地铁某盾构工程为背景,提出了喷涌防治工艺和地层适应性改良方案,成功解决了富水无黏性地层盾构喷涌难题,对类似工程具有重要的指导和借鉴意义。