运营期间的盾构隧道在长期荷载作用下可能产生不均匀沉降,通过向地层注浆是恢复盾构隧道沉降的有效措施之一。然而注浆抬升理论远远滞后于工程实践,这使注浆抬升技术的应用与发展受到了一定的限制。因此,本文利用理论研究、室内模型试验和数值模拟等手段开展了水泥浆液扩散和盾构隧道注浆抬升方面的研究。主要研究内容和成果如下:(1)基于球形扩散理论,建立了考虑自重作用时幂律型、宾汉型、牛顿型浆液的渗透扩散理论公式,并且探讨了注浆压力的分布规律。(2)通过开展流变试验,分析了水灰比对水泥浆液流变性能的影响,并且分别建立了水泥浆液屈服应力、粘度与水灰比之间的关系式,可用于各水灰比(0.6~2.0)水泥浆液屈服应力和粘度的预测。基于筛分试验、渗透试验以及GDS三轴试验,获得了砂土的相关物理力学指标,从而为盾构隧道注浆抬升数值模拟分析奠定基础。(3)自主研发了一套注浆模型试验系统,并开展了水泥浆液注浆扩散模型试验,重点分析了注浆方向、水灰比、注浆压力等因素对注浆量和结石体尺寸的影响规律。基于考虑自重作用的宾汉姆型浆液的渗透扩散模型,建立了结石体平均尺寸预测模型,并且与试验结果进行验证分析。发现结石体平均尺寸理论值为水平注浆试验值的1.5~3倍,为竖向注浆试验值的1.5~2.5倍。另外,研究了结石体水泥颗粒含量分布规律,发现水泥颗粒含量沿结石体半径方向呈非线性下降,边缘位置的水泥颗粒含量在4%~12%。(4)开展了盾构隧道注浆抬升模型试验,分析了不同埋深下隧道和地表位移的变化规律。研究表明,土体地表抬升位移曲线呈倒置的“钟形”,沿隧道中轴线对称分布。(5)根据室内试验测得的力学参数,利用有限元软件模拟了不同埋深和不同注浆压力下土体和隧道的抬升效果,结果表明模型试验和数值模拟结果比较吻合。