梁家山膨胀性泥岩隧道是连霍高速公路天水过境段的控制性工程。在采用双层模筑法施工的过程中，由于膨胀性泥岩遇水膨胀而产生衬砌变形乃至隧道坍塌，因此，本文将紧密结合梁家山膨胀性泥岩隧道的施工实践，对膨胀性泥岩隧道进行工程地质性质和物理力学性质及其膨胀性的分级研究，进而提出相应的建议计算参数，并通过现场监测和数值模拟分析对比，研究出更加适合于本项目地质特点的施工技术。本文以天水过境段梁家山膨胀性泥岩隧道为工程依托，主要开展进行以下几方面的研究工作：（1）通过现场在典型区段采取岩块试样进行室内试验研究，获得泥岩的地球化学成分和矿物成分，并利用图像处理软件对泥岩进行微结构分析。参考国内外同类岩层的经验方法和理论分析计算，得出梁家山隧道泥岩的计算物理力学参数建议取值。（2）通过试验研究获得了梁家山泥岩隧道的物理、水理和力学等方面的性质。通过对膨胀性岩土的膨胀机理和现有膨胀性岩石判别评价方法的综合分析，提出了一种定量判别岩石膨胀性分级的方法，依据本项研究的方法和梁家山隧道泥岩实测参数进行泥岩的膨胀性分级。（3）通过对梁家山泥岩隧道进行现场监控量测，获得了膨胀性泥岩中围岩的变形特征、初期支护和二次衬砌的受力特征以及钢拱架的受力情况，并对所得数据进行理论分析以验证其监测数据的合理性。实测和理论分析结果均表明，按照新奥法施工的隧道结构是稳定的。（4）采用MIDAS/GTS进行数值有限元模拟，以试验数据为基础分析，确定的计算物理力学参数为输入，考虑膨胀性泥岩的膨胀效应，对比在有剪胀角和无剪胀角两种情况下隧道进行新奥法施工时隧道的受力变化情况。（5）通过有限元数值模拟的方法，对比了双层模筑和复合式衬砌两种施工方法引起的围岩与结构受力变形特征，得出梁家山泥岩隧道的支护结构型式更宜采用复合式衬砌，它不仅可以满足围岩变形和支护结构受力的要求，并且从施工的难度和速度、安全性和经济性等各方面都具有较大的优势。总之，本文以实际工程为研究对象，通过对膨胀性泥岩工程地质性质的综合研究，结合现场测试和有限元数值分析，获得了在膨胀性泥岩中采用新奥法修筑隧道的技术措施建议，并将研究成果运用到工程实践中，产生了较好的经济效益和社会效益，不仅丰富了泥岩工程性质研究的内容，还可以为类似工程提供有益的参考。