壁后注浆是盾构隧道建设中的关键工序,注浆浆液的选择与使用尤为重要。随着我国盾构隧道工程的日益增多,面对的工程地质条件日益复杂,对壁后注浆浆液的性能也提出了更高的要求。因此,针对传统水泥基浆液存在高能耗、工程性能和耐久性差的不足,研制抗水分散性强、抗渗性能优、耐久性好且低碳环保的壁后注浆浆液对盾构隧道工程的发展有着重要的意义。此外,对于一种新型浆液的出现,常由于对浆液在盾尾空隙中充填和渗透扩散机理的理解不够透彻,导致在壁后注浆过程中精细化施工控制不够准确,难以达到理想的注浆效果。鉴于此,本文在国家自然科学基金项目（No.42072297）和国家建设高水平大学公派研究生项目（No.201906090223）的资助下,以碱激发工业废渣基盾构隧道壁后注浆浆液为研究对象,通过室内试验和理论模型构建对工业废渣基盾构隧道壁后注浆浆液的工程特性、耐久性及其在盾构隧道同步注浆过程中的充填和渗透扩散机理进行了系统研究。本文主要研究内容和取得的主要研究成果如下:（1）通过室内试验系统研究了高炉矿渣和钢渣分别以单掺和双掺的形式与粉煤灰复合时各自复合掺量对碱激发胶凝材料新拌合特性、硬化特性和微观特性的影响,优化了工业废渣基碱激发胶凝材料的原材料组成。双掺高炉矿渣和钢渣时,二者可产生协同效应,在不缩短碱激发材料凝结时间和降低流动度的情况下可有效促进硬化试样抗压强度的增长。单掺高炉矿渣会造成硬化试样脆性增强,而双掺高炉矿渣和钢渣则可有效缓解硬化试样的脆性。相同掺量条件下,双掺高炉矿渣和钢渣对试样抗折强度的促进作用要强于单掺高炉矿渣的情况。单掺高炉矿渣能有效促进碱激发材料基体内早期C-（A）-S-H凝胶的生成和加速固体粉料颗粒的溶解,而单掺钢渣则会影响到凝胶产物的生成和扩展。双掺高炉矿渣和钢渣时,高炉矿渣的存在能激发钢渣颗粒的活性并促进其溶解,生成的C-（A）-S-H和N-A-S-H凝胶复合共存于基体中将残余颗粒粘结成一个整体,从而达到与单掺高炉矿渣试样同等致密水平的微观结构。（2）以碱激发工业废渣胶凝材料为主体,辅以细砂和减水剂,制备了工业废渣基盾构隧道壁后注浆浆液,并通过室内试验研究了液固比、激发剂浓度和减水剂对所制备工业废渣基浆液基本物理特性、工作特性、硬化特性和孔隙结构特性的影响。由浆液稠度和流动度双指标控制的浆液易泵期能够在数分钟至数小时范围内进行调节,在实际注浆施工时可根据具体的工程条件和施工条件灵活进行选择使用。通过调整浆液的配比参数能够在浆液具备良好工作特性的同时,使其硬化试样的水/陆强度比达到0.80以上以及抗渗压力达到0.8 MPa以上,从而具备优良的抗水分散性能和抗渗性能。通过筛选出的具有代表性的工业废渣基浆液与传统水泥基浆液的性能指标间的对比可以发现,工业废渣基浆液的工作特性在与传统水泥基浆液基本相同的条件下,其包括强度、弹性模量、抗水分散性和抗渗性能在内的硬化特性都明显优于传统水泥基浆液,因而可以认为工业废渣基浆液的性能更加优越。（3）根据盾构隧道壁后注浆施工质量对浆液耐久性方面的要求以及在实际服役环境下可能遭遇的情况,分别对工业废渣基浆液和传统水泥基浆液试样的干燥收缩特性、抗水溶蚀特性和抗硫酸盐侵蚀特性进行了试验研究。在龄期为90天时,两组代表性工业废渣基浆液硬化试样的干缩应变略大于水泥基浆液硬化试样,但差异并不显著,认为属于合理范围。在水溶蚀试验中,工业废渣基浆液硬化试样浸渍水pH值的升高主要是由于基体内残余的碱性激发剂所致;与之相比,水泥基浆液硬化试样浸渍水pH值的升高则主要是由于凝胶产物在水的溶蚀作用下分解所致。此外,工业废渣基浆液硬化试样的质量和强度损失情况也明显好于水泥基浆液硬化试样,因而具有更好的抗水溶蚀性能。在耐硫酸盐侵蚀试验中,工业废渣基浆液硬化试样的表观受损情况均明显好于水泥基浆液硬化试样,Mg SO4溶液对浆液硬化试样的侵蚀作用要强于Na2SO4溶液。在相同硫酸盐侵蚀龄期条件下,工业废渣基浆液硬化试样的质量和强度损失率均低于水泥基浆液硬化试样,具有更好的抗硫酸盐侵蚀性能。（4）通过室内试验对两种代表性工业废渣基浆液的流型、流变参数及其时变特性进行了测试。工业废渣基浆液的流型并不属于某一种单一流型,通常与浆液的具体配方参数有关。浆液的流型不随时间发生改变,但流变参数存在时变性。根据盾构隧道同步注浆施工时的自身特点,将同步注浆浆液的整个扩散过程视为环向充填、轴向充填和径向渗透的三维扩散模式。分别基于考虑时变性的宾汉姆流体流变方程和考虑时变性的幂律型流体流变方程,推导并建立了浆液环向充填时的浆液压力环向形成与分布模型、轴向充填时的浆液压力时空消散模型以及径向渗透时的渗透扩散模型。所构建的理论模型涉及到的参数有盾构掘进参数、浆液特性参数、注浆施工参数和土层特性参数。通过理论计算值与工程实例监测数据和注浆试验数据间的对比验证了理论模型的可靠性,并结合算例对理论模型的多种影响参数进行了单因素分析。该理论模型可为盾构掘进与注浆施工的参数设计提供一定的理论指导。