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现代隧道技术 2025, Vol. 62 Issue (4) :248-258    DOI:
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同步注浆材料中盾构渣土的再利用及性能试验
(1. 中铁十四局集团有限公司,济南 250014;2.北京中铁诚业工程建设监理有限公司,北京 100070; 3.清华大学土木工程系,北京 100084)
The Reuse and Performance Testing of Shield Tunnel Mucks in Synchronous Grouting Materials
(1.China Railway 14th Bureau Group Co., Ltd., Jinan 250014; 2. Beijing Zhongtie Chengye Engineering Construction Supervision Co. Ltd., Beijing 100070; 3.Department of Civil Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084)
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摘要 利用隧道盾构渣土制备壁后注浆材料是提高其资源化利用规模和盾构隧道领域实现“减碳”目标的重 要途径。研究以南昌天祥大道隧道盾构施工产生的废砂、渣土及当地工业钢渣为原料,通过正交试验设计优化隧道 壁后注浆材料的配合比,并分析钢渣替代率、减水剂掺量和渣土掺量对浆液流动度和浆体28 d抗压强度等指标的影 响,采用X射线衍射技术、电镜扫描等微观测试手段揭示不同龄期下硬化浆体的物相组成、微观形貌及水化硬化规律。研 究结果表明,20%钢渣替代率、5%减水剂掺量、30%渣土掺量下制备的浆液初始流动度为215 mm,浆体28 d抗压强度达 到4.6 MPa,最优配合比为水泥∶粉煤灰∶钢渣∶盾构废砂∶渣土∶膨润土∶减水剂∶水=130∶200∶50∶630∶270∶100∶6.4∶600,按 该配合比制备的浆液泌水率和收缩率较小,满足现场隧道壁后注浆材料的施工要求。水化硬化规律表明,钢渣的水 化和粉煤灰火山灰效应的发挥,使体系内部生成更多的钙矾石和C-S-H凝胶填充在空隙中,注浆体界面过渡区粘 结强度增加,28 d抗压强度显著上升。
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陈 明1 赵大鹏2 张敬祥1 高 慧1 王 兴1 郝建帅3 房奎圳3
关键词盾构施工   渣土利用   注浆材料   正交试验   微观结构     
Abstract: The utilization of tunnel shield muck for the preparation of backfill grouting materials presents a viable strategy for enhancing resource recycling and achieving carbon reduction goals in shield tunnelling. This study employs waste sands and mucks generated during shield construction in the NanchangTianxiang Avenue Tunnel along with locally sourced steel slag (SS), as primary raw materials. An orthogonal experimental design is applied to optimize the mix proportions of the grouts, examining the effects of SS substitution rate, superplasticizer dosage, and muck content on key performance parameters such as grout fluidity and 28-day compressive strength. Micro-structural analyses, including X-ray diffraction and scanning electron microscopy, are conducted to investigate the phase composition, morphology, and hydration characteristics of hardened grouts at various curing ages. Experimental results indicate that a mix with 20% SS replacement rate, 5% superplasticizer dosage, and 30% muck content yields an initial fluidity of 215 mm and a 28-day compressive strength of 4.6 MPa. The determined optimal mix ratio is cement : fly ash : SS : shield waste sand : muck : bentonite : superplasticizer : water = 130 : 200 : 50 : 630 : 270 : 100 :6.4 : 600. The grout prepared with this formulation demonstrates low bleeding and shrinkage rates, meeting the engineering requirements for backfill grouting applications. Hydration analysis reveals that the synergistic effect of SS hydration and the pozzolanic reaction of fly ash promotes the formation of more ettringite and C-S-H gel, which effectively fills internal voids and enhances the bonding strength of the interfacial transition zone. Consequently, a significant improvement in compressive strength at 28 days is achieved.
KeywordsShield tunnelling,   Spoil utilization,   Grouting materials,   Orthogonal experiment,   Microstructure     
基金资助:国家自然基金(52178225).
作者简介: 陈 明(1983-),男,高级工程师,主要从事水下盾构隧道方面的施工、科研及管理工作,E-mail:88172486@qq.com. 通讯作者:郝建帅(1995-),男,博士研究生,主要从事固废资源化利用方面的研究工作,E-mail:BQT2200604034@student.cumtb.edu.cn.
引用本文:   
陈 明1 赵大鹏2 张敬祥1 高 慧1 王 兴1 郝建帅3 房奎圳3 .同步注浆材料中盾构渣土的再利用及性能试验[J]  现代隧道技术, 2025,V62(4): 248-258
CHEN Ming1 ZHAO Dapeng2 ZHANG Jingxiang1 GAO Hui1 WANG Xing1 HAO Jianshuai3 FANG Kuizhen3 .The Reuse and Performance Testing of Shield Tunnel Mucks in Synchronous Grouting Materials[J]  MODERN TUNNELLING TECHNOLOGY, 2025,V62(4): 248-258
链接本文:  
http://www.xdsdjs.com/CN/      或     http://www.xdsdjs.com/CN/Y2025/V62/I4/248
 
没有本文参考文献
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