近年来,土压平衡盾构因施工速度快、对环境影响小等优点,被广泛应用于城市地铁隧道施工中。土压平衡盾构施工过程的关键是在压力舱内将刀盘开挖下来的土体调整为“塑性流动状态”。然而,砂性地层渗透系数高、摩擦力大、流动性差,很难形成“塑性流动状态”,所以通常使用膨润土泥浆进行改良。在现场盾构施工过程中,膨润土泥浆功能单一,膨化池占用面积大、膨化耗时长,常出现膨化时间不够而导致其粘度不达标,进而影响盾构掘进效率,给工程造成了极大的浪费和工程安全隐患。为改良目前泥浆在盾构应用中存在的缺陷,本文利用理论分析和室内实验的手段,针对砂性地层的特点,优选出最佳的泥浆配比方案和砂土改良方案,确定其在现场的实用性。论文主要研究成果如下:(1)了解膨润土结构和膨润土泥浆改良砂土的微观机理,为选择合适的膨润土泥浆添加剂提供理论依据。(2)考虑盾构土体塑流性的特点,在钠基膨润土泥浆中加入烧碱、纯碱和羧甲基纤维素钠等添加剂,通过一系列物理和化学实验对泥浆参数进行了分析,确定了对泥浆具有最佳改良性能的添加剂及其加入量,得出了不同添加剂条件下最佳的泥浆配制方案,从而达到了减少膨润土用量,缩短膨化时间的效果。在此基础上,采用多晶X射线衍射图谱分析了在加入不同的添加剂前后盾构泥浆化学成分的变化,从而验证了泥浆配制方案的可行性及其优越性。(3)为了验证盾构泥浆的改良效果,结合不同粒径的砂性地层,通过正交实验和直剪实验对不同泥浆配制方案下改良砂土的性能进行了综合评价,得出了不同地层下的盾构泥浆改良方法对改良砂土的抗剪强度参数的影响规律,给出了砂土的最佳改良方案,验证了其对砂土的改良效果显著,砂土达到了较好的“塑性流动状态”,砂土的抗剪强度降低,粘聚力明显增大,内摩擦角减小,且性价比较高,是比较理想的砂性地层改良方案。本课题理论和实验相结合,优化了钠基膨润土泥浆的添加剂配比方案和砂土改良方案,对今后相关研究砂土改良工作的开展提供了借鉴与依据。