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采用土压平衡矩形顶管法在砂砾石地层中修建城市地下中短隧道时，由于该类土体流塑性差，容易产生刀盘“闭塞、结饼”等现象，很难维持土压舱与开挖面水土压力之间的动态平衡，严重时导致开挖面失稳、坍塌事故的发生。因此，如何将土舱内渣土改良至塑性流动状态即“良好的流动性”、“低摩擦性”、“高压缩性”、“低渗透性”是顶管顺利顶进的重要前提。本文以采用土压平衡矩形顶管法修建的内蒙古科技大学地下通道工程为背景，采用监控量测、搅拌试验、直剪试验、坍落度试验等研究方法，对砂砾石地层条件下土压平衡矩形顶管土舱土体改良方法进行了研究，主要研究内容和成果如下：通过现场监测数据及室内试验，对该工程采用的PAM溶液+粉土泥浆的土体改良方法与改良效果进行研究。结果表明：该工程中渣土改良效果不理想，机头刀盘磨损及闭塞现象严重，地表沉降多次超限，实际顶进速度仅为1.5mm/min，该种土体改良方法仍有较大的改进空间。基于该工程土体改良效果的不足，提出了PAM溶液+膨润土泥浆的土体改良方法，研究该种方法不同添加剂配比对改良后土体性能指标的影响规律。结果表明：PAM溶液的最佳浓度为2g/L，膨润土泥浆最佳质量浓度范围为9%～11%；随着PAM溶液注入比的增加，改良后土体的坍落度、压缩系数逐渐增大，搅拌扭矩先增大后减小，内摩擦角逐渐减小；根据改良后土体性能最终选取泥浆注入比为10%～14%，PAM溶液注入比为17%～18%的改良方案。通过搅拌法和罗氏泡沫仪试验，配制出两种最佳的发泡体系，分别为：FW2，发泡率为5.75，半衰期为330s；FW3，发泡率为5.5，半衰期为420s。在此基础上，研究不同添加剂配比对改良后土体性能指标的影响规律，结果表明：随着泡沫注入比的增加改良后土体坍落度逐渐增大，搅拌扭矩、内摩擦角逐渐减小；确定出最佳的土体改良方案，即泥浆注入比为8%～10%，泡沫注入比为15%～20%。经过综合评价分析得到：当泥浆注入比大于8%时，砂砾石地层中土压平衡矩形顶管施工泡沫土体改良效果优于PAM；根据试验结果结合现场施工经验，设计出两种土体改良方案的施工工艺。