BULLETIN OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY ›› 2026, Vol. 45 ›› Issue (8): 2724-2736.DOI: 10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2026.0046
• Solid Waste and Eco-Materials • Previous Articles Next Articles
LEI Zhenghui1(
), ZHAO Chengjun1, LI Yongliu1, YAN Hongfu2, FENG Tianyou2, TAO Rencheng2, JI Qiuling3, GAO Zicong3, MA Yuwei3()
Received:2026-01-13
Revised:2026-03-30
Online:2026-08-15
Published:2026-09-01
Contact:
MA Yuwei
CLC Number:
LEI Zhenghui, ZHAO Chengjun, LI Yongliu, YAN Hongfu, FENG Tianyou, TAO Rencheng, JI Qiuling, GAO Zicong, MA Yuwei. Research Progress on On-Site Disposal Technology of Shield Muck and Preparation of Backfill Grouting Material[J]. BULLETIN OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY, 2026, 45(8): 2724-2736.
Fig.1 Shield muck
| Muck type | Classification standard （by penetration index） | Characteristics description |
|---|---|---|
| Gravel and sand | Composed of coarse particles： cobbles， gravel， sand | Large particle size， low water content， poor fluidity |
| Sandy gravel soil | qc>800 kPa | Primarily composed of sand and sandy soil， high strength |
| Hard clay | 400 kPa<qc<800 kPa | Mainly consists of sandy soil， silt， and partial clay |
| Clay | 200 kPa<qc<400 kPa | Water content 40%~80%， relatively high viscosity |
| Sludge | qc<200 kPa | Mud-like soil， predominantly composed of clay and silt particles |
| Slurry | Fluid state， flowability>300 mm， water content>3 times liquid limit | Liquid flow state， difficult to settle and separate |
Table 1 Classification standard I for shield muck （with reference to the Japanese “Construction generated soil utilization technology manual”［17］）
| Muck type | Classification standard （by penetration index） | Characteristics description |
|---|---|---|
| Gravel and sand | Composed of coarse particles： cobbles， gravel， sand | Large particle size， low water content， poor fluidity |
| Sandy gravel soil | qc>800 kPa | Primarily composed of sand and sandy soil， high strength |
| Hard clay | 400 kPa<qc<800 kPa | Mainly consists of sandy soil， silt， and partial clay |
| Clay | 200 kPa<qc<400 kPa | Water content 40%~80%， relatively high viscosity |
| Sludge | qc<200 kPa | Mud-like soil， predominantly composed of clay and silt particles |
| Slurry | Fluid state， flowability>300 mm， water content>3 times liquid limit | Liquid flow state， difficult to settle and separate |
| Muck type | Classification standard （by particle size and liquid-plastic limit indices） |
|---|---|
| Boulder soil | Boulder mass>75% of total mass |
| Mixed boulder soil | 50% of total mass<boulder mass≤75% of total mass |
| Boulder-mixed soil | 15% of total mass<boulder mass≤50% of total mass |
| Gravel and sand | Boulder mass≤15% of total mass， coarse-grained mass≥50% of total mass， fine-grained mass<5% of total mass |
| Gravel/sand with fines | Boulder mass≤15% of total mass， coarse-grained mass≥50% of total mass， 5% of total mass≤fine-grained content<15% of total mass |
| Fine-grained gravel/sand | Boulder mass≤15% of total mass， coarse-grained mass≥50% of total mass， 15% of total mass≤fine-grained content<50% of total mass |
| High liquid limit clay （CH） | Fine-grained mass≥50% of total mass， IP≥0.73 （WL-20）， IP≥7， WL≥50% |
| Low liquid limit clay （CL） | Fine-grained mass≥50% of total mass， IP≥0.73 （WL-20）， IP≥7， WL<50% |
| High liquid limit silt （MH） | Fine-grained mass≥50% of total mass， IP<0.73 （WL-20）， IP<7， WL≥50% |
| Low liquid limit silt （ML） | Fine-grained mass≥50% of total mass， IP<0.73 （WL-20）， IP<7， WL<50% |
Table 2 Classification standard II for shield muck （with reference to “Standard for engineering classification of soil” GB/T 50145—2007E［18］）
| Muck type | Classification standard （by particle size and liquid-plastic limit indices） |
|---|---|
| Boulder soil | Boulder mass>75% of total mass |
| Mixed boulder soil | 50% of total mass<boulder mass≤75% of total mass |
| Boulder-mixed soil | 15% of total mass<boulder mass≤50% of total mass |
| Gravel and sand | Boulder mass≤15% of total mass， coarse-grained mass≥50% of total mass， fine-grained mass<5% of total mass |
| Gravel/sand with fines | Boulder mass≤15% of total mass， coarse-grained mass≥50% of total mass， 5% of total mass≤fine-grained content<15% of total mass |
| Fine-grained gravel/sand | Boulder mass≤15% of total mass， coarse-grained mass≥50% of total mass， 15% of total mass≤fine-grained content<50% of total mass |
| High liquid limit clay （CH） | Fine-grained mass≥50% of total mass， IP≥0.73 （WL-20）， IP≥7， WL≥50% |
| Low liquid limit clay （CL） | Fine-grained mass≥50% of total mass， IP≥0.73 （WL-20）， IP≥7， WL<50% |
| High liquid limit silt （MH） | Fine-grained mass≥50% of total mass， IP<0.73 （WL-20）， IP<7， WL≥50% |
| Low liquid limit silt （ML） | Fine-grained mass≥50% of total mass， IP<0.73 （WL-20）， IP<7， WL<50% |
Fig.2 Reduction treatment for shield muck
Fig.3 On-site treatment diagram of shield muck
Fig.4 Types and main compositions of backfill grouting materials
| Type | Consistency/ mm［ | Consistency loss over time/ （mm·h-1）［ | Flowability/ mm［ | Flowability loss over time/（mm·h-1）［ | Bleedingrate/ %［ | Stratification/ mm［ | Setting time/ h［ | Apparentdensity/ （kg·m-3）［ | Compressivestrength/ MPa［ | 28 d land‑waterstrengthratio/%［ | Stone rate/%［ | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 3 d | 28 d | |||||||||||
| Cement-based | 100~130 | ≤10 | ≥160 | ≤20 | ≤3.5 | ≤6 | 10~24 | ≥1 800 | ≥0.5 | ≥2.5 | ≥65 | ≥95 |
| Slaked lime-based | 90~130 | ≤10 | — | — | — | — | ||||||
Table 3 Typical performance indicators of synchronous grouting materials
| Type | Consistency/ mm［ | Consistency loss over time/ （mm·h-1）［ | Flowability/ mm［ | Flowability loss over time/（mm·h-1）［ | Bleedingrate/ %［ | Stratification/ mm［ | Setting time/ h［ | Apparentdensity/ （kg·m-3）［ | Compressivestrength/ MPa［ | 28 d land‑waterstrengthratio/%［ | Stone rate/%［ | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 3 d | 28 d | |||||||||||
| Cement-based | 100~130 | ≤10 | ≥160 | ≤20 | ≤3.5 | ≤6 | 10~24 | ≥1 800 | ≥0.5 | ≥2.5 | ≥65 | ≥95 |
| Slaked lime-based | 90~130 | ≤10 | — | — | — | — | ||||||
Fig.5 SEM images of sample with sand aggregate at 28 d： （a1） 500 μm， （a2） 10 μm， （a3） 5 μm， （a4） 1 μm； SEM images of sample with cohesive silty sand aggregate at 28 d： （b1） 500 μm， （b2） 10 μm， （b3） 5 μm， （b4） 1 μm［47］
Fig.6 Surface settlement and vertical attitude of segment ring during muck synchronous grouting［58］
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