土压平衡盾构以其地层适应性广、作业安全、掘进速度快、对环境影响小及工程造价较低等特点在隧道工程领域得到了广泛的应用。随着城市建设的发展，土压平衡盾构机不仅应用于岩层、粘土层等地层自稳性较好、渗透系数较小的地层，还逐渐应用于渗透系数大、水头压力高、软弱易坍塌的富水砂层。土压平衡盾构在富水砂层中施工，普遍存在渣土改良困难、平衡模式难以建立、出渣量不受控、容易产生喷涌或结饼现象（结饼主要发生在上砂下土的复合地层）、易扰动地层引起地表沉降超标等一系列问题，施工难度及风险较高。本文针对土压平衡盾构富水砂层施工所面临的难题，在前人、学者、工程技术人员探索、研究的基础上，结合工程实例，从土压平衡盾构的适应性、刀盘和螺旋出土器结构和改造、沉降控制方法、渣土改良措施等方面对土压平衡盾构穿越砂层的施工关键技术进行了系统的总结和研究，对复杂地质条件下盾构机选型和既有盾构机改造具有一定的参考价值和指导意义。①详细分析了富水砂层地质特征和土压平衡盾构机特点，结合案例工程，对土压平衡盾构机各项参数进行了验算和适应性分析。②提出了刀盘侧向开口率的概念。通过工程实践发现，刀盘侧向开口率为0时，富水砂层沉降最小。③通过分析土压平衡模式原理和螺旋出土器力学模型，提出了对螺旋出土器进行改造的方法，以提高土压平衡盾构机防止喷涌的能力。④通过对案例工程不同施工阶段富水砂层掘进控制情况的探索和总结，提出了土仓压力控制、刀盘转速选择、出渣量控制、渣土改良措施等一系列地层沉降控制技术。