Experimental study on the influence of content and fineness of fly ash on the mechanical properties of grouting slurries
Hua Jiang, Handong Zhang, Xiaoyan Zhang, Jinxun Zhang, Yusheng Jiang
随着城市化进程加速，地下空间开发越发关键，盾构法作为主要施工手段，其效率与安全至关重要。然而，地层沉降问题长期困扰盾构施工，传统同步注浆技术受限，常致地层及地面异常位移，影响工程与环境。本文着重探索注浆材料改良以控制地层沉降，提出创新技术方案，有效解决这一行业难题，具有重要实践意义。
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Hua Jiang, Handong Zhang, Xiaoyan Zhang, Jinxun Zhang, Yusheng Jiang. Experimental study on the influence of content and fineness of fly ash on the mechanical properties of grouting slurries. Deep Underground Science and Engineering. 2024; 1-14. doi:10.1002/dug2.12070
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01
本文简介：
本文探讨了盾构施工过程中地层沉降的问题，特别是针对传统同步注浆浆液无法填充开挖间隙的情况。通过对不同细度和含量的粉煤灰浆液混合物进行实验研究，研究发现，高细度粉煤灰可以增强浆液的可注性、密度和固结速度，同时优化孔结构，提升最终硬化强度。这些发现为改进注浆浆液提供了新的见解和技术解决方案，从而有助于缓解施工过程中的地层沉降问题。
Brief Introduction：
This paper explores the ground settlement issue during shield construction, particularly addressing the inadequacy of traditional synchronous grouting slurry in filling excavation gaps. By conducting experimental research on slurry mixtures with varying fineness and content of fly ash, the study finds that high fineness fly ash enhances slurry injectability, density, and consolidation rate, while optimizing pore structure and improving final hardening strength. These findings offer new insights and technical solutions for improving grouting slurry to mitigate ground settlement during construction.
02
本文亮点：
本文研究了盾构施工过程中地层沉降问题，特别是在传统同步注浆浆液无法填充开挖间隙存在的空隙的情况下，针对不同细度和含量的粉煤灰的浆液混合特性和硬化性能进行了试验研究。研究结果表明：
高细度粉煤灰能够有效降低浆液的早期强度，增强其可注性，提高浆液对微孔的填充效果，最终提升硬化强度。
粉煤灰的细度控制了浆液的水化阶段。粉煤灰的细度越高，浆液的放热水化现象越明显，最高温度峰值出现得越早。
高细度粉煤灰可以显著提高浆液的密度和固结速度，对浆液强度的提升效果更好，尤其是在粉煤灰与水泥的比例（F/C）为0.75时。
高细度粉煤灰可以有效减少浆液中孔隙的出现，优化孔结构，从而增强浆液固结后的强度。
这些研究成果为盾构施工中的开挖间隙注浆浆液改进提供了新的思路和技术支持，有助于解决施工过程中地层沉降问题。
Highlights：
This paper investigates the issue of ground settlement during shield construction, particularly when traditional synchronous grouting slurry fails to fill the excavation gaps. Experimental research was conducted on the mixing characteristics and hardening properties of slurry with varying fineness and content of fly ash. The study results indicate:
High fineness fly ash can effectively reduce the early strength of the slurry, enhance its injectability, improve the filling effect on micropores, and ultimately increase the final hardening strength.
The fineness of fly ash controls the hydration stages of the slurry. The higher the fly ash fineness, the more pronounced the exothermic hydration of the slurry, and the earlier the highest temperature peak appears.
High fineness fly ash can significantly increase the density and consolidation rate of the slurry, leading to better strength improvement, especially when the ratio of fly ash to cement (F/C) is 0.75.
High fineness fly ash can effectively reduce the occurrence of pores in the slurry, optimize the pore structure, and thereby enhance the strength of the slurry after consolidation.
These research findings provide new insights and technical support for improving the grouting slurry used in shield construction to fill excavation gaps, helping to address ground settlement issues during construction.
03
作者简介：
江华
江华，副教授，高级工程师，硕士生导师。2012年7月毕业于中国矿业大学（北京），获得岩土工程博士学位。同年9月进入北京城建集团博士后工作站（与中国矿业大学（北京）博士后流动站联合培养）从事博士后研究。博士后出站后，留校任教，主要从事岩土工程、隧道工程、地下工程及盾构工程理论与技术领域的教学与科研工作。作为项目负责人，完成了1项国家自然科学基金项目，5项由北京城建、中国铁建十八局集团和中建基础设施事业部等单位委托的项目。作为主要成员参与了20余项科研项目，包括国家自然科学基金重点项目、国家科技支撑计划项目、国家自然科学基金常规项目、北京市科技计划重点项目及铁道部创新计划项目。研究成果获得北京市科学技术进步奖一等奖1项、二等奖1项。发表学术研究论文20余篇，其中10余篇被SCI、EI、ISTP检索收录。授权发明专利3项，实用新型专利10余项。出版专著2部。
张小燕
张小燕，副教授，博士生导师。2015年12月毕业于香港大学，获得博士学位，并荣获香港工程师学会（HKIE）颁发的2015年度“Ringo Yu Prize”最佳岩土工程博士论文奖。2016年8月加入中国矿业大学（北京）力学与建筑工程学院城市地下空间工程系，主要从事宏微观岩土力学、海洋岩土工程和地下工程等相关领域的研究工作。主持过一项国家自然科学基金青年科学基金项目和常规项目，并参与了国家自然科学基金委员会与英国皇家学会（RS）的国际合作交流项目。发表了20余篇SCI/EI收录论文，拥有10余项授权发明专利。
张汉栋
张汉栋，2020年毕业于浙江水利水电学院，获得学士学位。2020年9月至2023年7月在中国矿业大学（北京）攻读土木工程硕士学位，专攻城市地下空间研究。硕士期间，发表了一项“国家发明专利”，并参与了多个研究项目。
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图文 侯庆萍
审核 王继红
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