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Recycling of Shield Muck with Industrial Solid Wastes for Low-Carbon Synchronous Grouting Materials: A Full Case Study from Laboratory Investigation to Field Implementation

シールド掘削泥の産業固形廃棄物を用いた低炭素同時注入材へのリサイクル:実験室調査から現場実装までの完全な事例研究 (AI 翻訳)

Weizheng Liu, Guiyong Liu, Yijun Yang, Tianshe Sun

Case Studies in Construction Materials📚 査読済 / ジャーナル2026-07-01#その他Origin: CN経営インパクト: コスト削減対象セクター: construction
DOI: 10.1016/j.cscm.2026.e06313
原典: https://doi.org/10.1016/j.cscm.2026.e06313
📄 PDF

🤖 gxceed AI 要約

日本語

本研究は、シールドトンネル掘削時に発生する泥水(シールド泥)を産業固形廃棄物(高炉スラグ、脱硫石膏、石炭フライアッシュ)と組み合わせて、低炭素の同時注入材を現場調製する方法を提示した。応答曲面法とNSGA-IIIアルゴリズムを用いて最適配合比を決定し、実現場で検証した結果、従来のセメント系材料と比べてCO2排出量を削減しつつ、セグメント浮き上がりを30-40%低減し、注入圧力を10-15%低下させるなど、性能が向上した。

English

This study presents a method for recycling shield tunnel muck with industrial solid wastes (slag, desulfurized gypsum, coal fly ash) to produce low-carbon synchronous grouting materials on-site. Using response surface methodology and NSGA-III algorithm for optimization, the field test showed reduced CO2 emissions, 30-40% reduction in segment uplift, 10-15% lower injection pressure, and 15-20% increase in grouting volume compared to conventional cement-based grout.

Unofficial AI-generated summary based on the public title and abstract. Not an official translation.

📝 gxceed 編集解説 — Why this matters

日本のGX文脈において

日本の建設業界では、トンネル工事から発生する建設廃棄物の処理とCO2排出削減が課題となっている。本研究成果は、シールド泥をリサイクルして低炭素な注入材を現場調製する手法を提供し、日本のゼロエミッション建設や循環型社会形成に貢献する可能性がある。また、応答曲面法や最適化アルゴリズムの適用事例としても参考になる。

In the global GX context

Globally, the construction sector seeks circular economy solutions to reduce waste and carbon emissions. This case study demonstrates a scalable method for converting tunnel spoil into low-carbon grouting materials, with proven field performance. It offers a replicable model for infrastructure projects aiming to meet net-zero targets and reduce material costs.

👥 読者別の含意

🔬研究者:The methodology combining response surface methodology and NSGA-III for optimizing waste-based geopolymer grouts can be applied to other construction waste recycling research.

🏢実務担当者:Construction firms can adopt this on-site grout preparation technique to reduce material procurement costs, lower carbon footprint, and improve tunnel construction efficiency.

🏛政策担当者:The study provides evidence to support policies promoting the use of industrial solid wastes in construction and mandating low-carbon alternatives in infrastructure projects.

📄 抄録(日本語訳)

本研究では、高炉水砕スラグ、脱硫石膏、石炭フライアッシュを用いてシールドトンネル掘削土を固化し、現場での同時注入材の調製を行った。固化材含有量(CAC)と泥土懸濁液密度(SD)がグラウト特性に及ぼす影響を詳細に調査した。応答曲面法を採用し、これら2因子の複合効果下での性能応答を正確に反映する非線形応答モデルを構築した。さらに、SEM、XRD、ゼータ電位測定により微視的な水和メカニズムを分析した。NSGA-Ⅲアルゴリズムを用いて、グラウト構成要素(固化材、土粒子、水)の体積分率を最適化した。最適化された配合比は、その後、実規模の工学的適用を通じて検証された。結果は、SDとCACがグラウト性能に有意な非線形複合効果を及ぼすことを示している。このジオポリマー系は、粘性土を豊富に含むシールド泥土懸濁液に対して優れた固化性能を発揮する。その28日間一軸圧縮強度(UCS)は最大9.1 MPa、平均値2.89 MPaに達し、従来のセメント-フライアッシュグラウトが達成した1.17 MPaを著しく上回る。力学的性能を主な考慮事項として、最適な体積分率は、水71.08%、固化材6.19%、土粒子22.72%と決定された。グラウトの含水量は、セメント系前駆体の活性化度と形成される水和生成物の種類を直接支配する。より高いSDはより完全な水和を促進するが、より大きな細孔構造を誘発する可能性がある。現場試験の結果は、従来のセメント-フライアッシュ系同時注入材と比較して、新規グラウトはセグメント浮上を30〜40%低減し、注入圧力を10〜15%低下させ、それによって周辺地盤への擾乱を弱めることを実証している。その優れた流動性と高い充填効率により、注入量は15〜20%増加する。

AI 翻訳(deepseek-v4-flash)。 正確を期す場合は下の原文を参照してください。

📄 Abstract(原文)

This study employs ground-granulated blast-furnace slag, desulfurized gypsum, and coal fly ash to solidify shield-tunneling muck for the on-site preparation of synchronous grouting materials. The influences of curing-agent content (CAC) and muck suspension density (SD) on the grout properties were investigated in detail. The response surface methodology was adopted to establish nonlinear response models that accurately reflect the performance responses under the coupled effects of these two factors. Additionally, the microscopic hydration mechanism was analyzed via SEM, XRD and Zeta potential measurements. The NSGA-Ⅲ algorithm was utilized to optimize the volume fractions of grout components (curing agent, soil particles, and water). The optimized mix proportion was subsequently validated through full-scale engineering applications. The results indicate that SD and CAC exert a significant nonlinear coupling effect on the grout performance. This geopolymer system delivers excellent solidification performance for mucky clay-rich shield muck suspensions. Its 28-day unconfined compressive strength (UCS) reaches a maximum of 9.1 MPa with an average value of 2.89 MPa, which is markedly higher than the 1.17 MPa achieved by conventional cement–fly ash grout. With mechanical performance as the primary consideration, the optimal volume fractions are determined as 71.08% water, 6.19% curing agent, and 22.72% soil particles. The water content of the grout directly governs the activation degree of cementitious precursors and the types of hydration products formed; a higher SD promotes more thorough hydration but may induce larger pore structures. Field test results demonstrate that, compared with conventional cement-fly ash-based synchronous grouting materials, the novel grout reduces segment uplift by 30–40% and lowers injection pressure by 10–15%, thus weakening the disturbance to the surrounding soil. Owing to its excellent flowability and high filling efficiency, the grouting volume is increased by 15–20%.

🔗 Provenance — このレコードを発見したソース

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gxceed は公開メタデータに基づく研究支援データセットです。要約・翻訳・解説は AI 支援で生成されています。 最終的な解釈・検証は利用者が原典資料に基づいて行うことを前提とします。