随着我国经济的快速发展和城市人口的不断增长,城市道路交通问题日趋恶化,于是人们逐渐加大对地下空间的开发与利用,地下轨道交通建设发展蓬勃,水下隧道建设规模也越来越大,越来越多的城市交通急需修建大量的河底、湖底、江底和海底隧道。水下隧道常用盾构法施工,当盾构隧道位于水位以下,洞室围岩为富水的砂卵石地层,高压力的水体穿越土舱和螺旋输送机形成集中渗流带动土舱内的土颗粒一起涌动,很可能发生喷涌现象,施工过程应采取安全有效的防喷涌措施。本文以兰州地铁1号线奥世区间(下穿黄河)隧道工程为依托,通过渣土改良试验和数值模拟,进行高水压下土压平衡盾构防喷涌研究。其主要研究内容和成果如下：(1)综合分析了土压平衡盾构隧道喷涌研究现状以及渣土改良机理,为兰州地铁1号线奥世区间隧道工程防喷涌研究提供理论基础,对奥世区间砂卵石地层取样,进行级配分析、松散系数等分析试验,得到盾构施工过程的地层信息,结合施工现场出渣量等信息优化注浆系统。(2)测试分析多种浓度的膨润土泥浆的粘度和比重,确定适用于本次施工的膨润土泥浆的最佳浓度,通过坍落度试验,分别研究含水率、泡沫、膨润土、泡沫与膨润土混合剂对砂卵石的流塑性影响,为渣土改良选择添加剂提供参考。(3)将膨润土泥浆与砂卵石按一定体积比进行混合搅拌,通过模型桶进行渗透性试验,得到不同配比渣土的渗透系数和最大击穿水压力值,对比分析试验结果,对注浆方案进行了优化。(4)运用FLAC3D有限差分软件,选取奥世区间隧道工程的多种工况,对高水压条件下土压平衡盾构的渗流情况进行数值模拟,得出盾构机螺旋输送机内的水压力值分布情况以及渗流对地层的影响范围,对各工况计算结果进行对比分析得到最不利情况。(5)总结数值模拟产生的数据,将最不利水压力值与渗透试验所得最大击穿水压力值进行对比分析,检验渣土改良效果,优化渣土改良方案,有效防止下穿黄河隧道土压平衡盾构施工过程中喷涌现象的发生,为兰州地铁1号线奥世区间隧道的设计与施工提供理论依据和技术指导。