同步注浆是在隧道内将具有适当的早期及最终强度的材料在盾构推进的同时填入盾尾空隙内,用于抑制天然土体变形,控制地面沉降,并起到防水作用,保证环境安全的施工工艺。普通的同步注浆材料受到高压富含水地层中水的冲刷作用时,容易分层离析,导致结构破坏,不能起到填充地层的目的,直接影响到管片衬砌结构的稳定性。随着城市地铁的飞速发展,高性能同步注浆材料的研发需求日益迫切。此外,隧道的盾构掘进带出了大量的地下泥砂,挤占了有限的施工空间,造成了环境破坏,这对于城市地铁建设来讲,无疑造成很大的资源浪费。同时,处置这些泥砂常常又要花费大量的人力、物力。本文依托武汉地铁工程研究项目“盾构隧道高性能同步注浆材料及其施工技术研究与应用”。针对盾构泥砂的吸水溶胀性,即泥砂颗粒能够在浆液中形成“卡屋”结构使浆体黏度增大,阻碍浆体颗粒下沉,改善注浆材料的工作性能并提高其稳定性的特点,利用盾构泥砂替代膨润土及河砂,与水泥、粉煤灰制备同步注浆材料。同时结合武汉地铁四号线隧道施工区的地层分析,进行了高性能抗水分散、早强抗渗、早强抗水分散同步注浆材料配合比的优化设计。通过实验探讨了盾构泥砂的组成、掺量、塑性指数等对注浆材料性能的影响,分析发现盾构泥砂溶于水后能降低浆体的自由水和流动性,增加其粘性,泥砂表面含有大量的活性基团,具有吸水性、触变性、膨胀性,既增加了浆液对其的滑动效应,又增大了浆体稳定性。实验证明盾构泥砂完全可以取代传统同步注浆材料中的膨润土。同时分析了盾构泥砂注浆材料中各组分及其掺量对浆体性能的作用机理,提出了普通盾构泥砂注浆材料各组分的掺量控制范围。研究了HEC、VAE两种聚合物对注浆材料抗水分散性能的影响；早强剂Li2C03及膨胀剂对注浆材料早强抗渗性能的影响；分析了盾构泥砂抗水分散注浆材料以及早强抗渗注浆材料中各组分及其掺量对浆体性能的作用机理,提出了各组分的掺量控制范围。同时针对施工现场的不同工况,提出了能满足工程要求的多种同步注浆材料配合比,解决了普通水泥基同步注浆材料抗水分散性弱、抗渗性能差、早期强度低的问题,保证了隧道管片的结构稳定性。研究成果应用于武汉地铁四号线。工程应用实践表明：采用盾构泥砂研制的高性能同步注浆材料,不仅保证了注浆质量,有效防止管片上浮,还具有优秀的工作性能,适用范围广,同时大大节省了社会资源,降低工程成本,保护了城市环境,提高了经济社会效益。