土压平衡盾构在施工中普遍存在着刀具磨耗严重,刀盘结泥饼等现象,在穿越富水地层时还会面临喷涌问题,进而导致开挖面失稳及地表沉降过大,而妥善运用渣土改良技术能够较好解决盾构机掘进中遇到的上述问题。本文拟采用从泡沫改良的基础试验到盾构机现场掘进的宏观应用,全面地研究泡沫渣土改良中泡沫的物理性能、改良渣土的物理力学性能变化规律以及全风化花岗岩土压平衡盾构现场渣土改良技术。研究成果可为城市地铁区间盾构渣土改良提供直接参考和技术支撑,主要研究成果如下:(1)通过现场调研分析广州地铁二十一号线全风化花岗岩地层段盾构施工容易遇到的施工难题,总结了出相应的有效施工措施。(2)通过资料调研泡沫的产生机制,采用自制的泡沫观测器、搅拌机以及半衰期试验仪器,得出了不同的压力状态下、发泡气液比以及泡沫剂浓度对发泡材料所产泡沫的物理力学性能产生的影响规律,通过系统性的分析得出了发泡剂最优的发泡方法。(3)采用项目提供原状土,通过自制试验设备开展了室内试验,得到了地层离子对于发泡剂性能的影响规律,并模拟改良渣土实际带压状态,得出了试验土含水率、泡沫注入率、泡沫气液比、泡沫剂浓度等因素对改良渣土的和易性、剪切性以及压缩性等物理力学性能的影响规律,提出了泡沫改良参数的选择依据并得出了研究地层的推荐改良参数。(4)依托广州地铁二十一号线项目,采集项目现场发泡剂更换前后盾构机推力、扭矩、掘进速度、掌子面温度以及螺旋机温度等盾构机有代表性的掘进参数进行对比研究,分析了不同改良剂对于盾构机掘进的影响,验证了所得泡沫改良参数的适用性。