地铁盾构法施工,在穿越不同的地质条件时,常出现刀盘结饼、刀盘磨损严重、螺旋输土机喷涌等一系列问题,因此渣土改良是盾构施工中最为关键的一环。盾构渣土改良剂常用膨润土泥浆,膨润土泥浆的用法用量,目前没有统一的规范要求,随意性大,有待做进一步系统性规范研究。本文以沈阳市地铁10号线部分工程为背景,通过膨润土泥浆试验、渣土改良试验,研究了泥浆主要性能指标间相关关系,得到了泥浆改良渣土的合理性能指标。基于渣土改良试验合理的泥浆性能指标,配制了一种新型钙基膨润土泥浆。然后通过对膨润土泥浆对隧道盾构施工力学行为影响的数值模拟分析,研究了泥浆对隧道周围土体沉降和管片应力的影响。取得以下研究成果:(1)配制了三种钠基膨润土泥浆,每种泥浆有7种配比共21组泥浆。以泥浆粘度、泥浆比重、泥浆滤矢量、稠度系数、胶体率、酸碱度为研究指标。分析不同钠基膨润土泥浆性能之间存在的相关性,根据试验数据拟合得出了主要指标间相关关系。(2)基于三种钠基膨润土泥浆,对粘性土、粗砂土、砂卵石土进行渣土改良,测得了改良后渣土的流动性、粘附性、渗透性、摩擦性,得出了合理的钠基膨润土泥浆配比及泥浆指标。(3)结合不同渣土所需钠基膨润土泥浆的合理指标,以钙基膨润土为主材料,烧碱、小苏打、羧甲基纤维素、黄原胶、瓜尔胶为泥浆改良添加剂,通过正交试验,优选出一种性能满足工程条件的新型钙基膨润土泥浆配比。(4)根据新型钙基膨润土泥浆使用前后盾构掘进参数的变化,对隧道盾构施工中位移应力问题进行了数值模拟分析,结果表明,新型钙基膨润土泥浆可以减小隧道施工过程中拱顶的沉降量、拱底的隆起量以及管片上的最大应力。