考虑浆液时空效应的幂律型流体盾构壁后压密注浆模型研究.pdf

———文章编号：１００９４５３９（２０１７）１１０００５０６・科技研究・考虑浆液时空效应的幂律型流体盾构壁后压密注浆模型研究贾开民（中铁十四局集团有限公司山东济南２５００１４）摘要：盾构壁后注浆已广泛应用于地下工程建设中，但是其注浆压力分布理论研究尚不能满足工程需要。为明确注浆填充压力大小及分布，基于流体力学、弹性理论相关原理及质量守恒定律，揭示了盾构壁后压密注浆机理，建立了考虑浆液时空效应的幂律型流体压密注浆模型，推导了相关计算公式，并得到以下结论：（１）浆液质点压力主要与初始注浆压力、管片半径、粘度增长时间、角增量、流变指数、盾尾间隙、粘性时变系数等参数有关；（２）通过分析计算考虑时空效应的幂律型流体压密注浆模型，得到浆液质点向上扩散时，浆液压力整体呈下降趋势；浆液质点向下扩散时，浆液压力整体上呈先上升后下降的趋势；（３）通过进一步分析浆液压力的分布变化规律，得到各注浆孔之间的最优夹角及浆液的最优扩散时间，同时与已有的研究成果相比较，可知本文的研究成果具有工程推广价值。关键词：盾构壁后注浆时空效应幂律型流体压密注浆模型中图分类号：Ｕ４５１＋．５文献标识码：ＡＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００９．４５３９．２０１７．１１．００２ＳｔｕｄｙｏｎＢａｃｋ－ｆｄｌｅｄＣｏｍｐａｃｔｉｏｎＧｒｏｕｔｉｎｇＭｏｄｅｌＣｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇＴｅｍｐｏｒａｌａｎｄＳｐａｔｉａｌＶａｒｉａｔｉｏｎｏｆＰｏｗｅｒ－ｌａｗＦｌｕｉｄＪｉａＫａｉｍｉｎ（ＣｈｉｎａＲａｉｌｗａｙ“１４ＢｕｒｅａｕＧｒｏｕｐＣｏ．Ｌｔｄ．，ＪｉｎａｎＳｈａｎｄｏｎｇ２５００１４，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｈｉｅｌｄｂａｃｋ・ｆｉｌｌｅｄｇｒｏｕｔｉｎｇｈａｓｂｅｅｎｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｉｎｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ｂｕｔｔｈｅｇｒｏｕｔｉｎｇｐｒｅｓｓｕｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｔｈｅｏｒｙ’ｃａｎｔｍｅｅｔｔｈｅｎｅｅｄｓｏｆｔｈｅｐｒｏｊｅｃｔ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｃｌａｒｉｆｙｔｈｅｆｉｌｌｅｄｇｒｏｕｔｉｎｇｐｒｅｓｓｕｒｅｓｉｚｅａｎｄｄｉｓ－ｔｒｉｂｕｔｉｏｎ，ｂａｓｅｄＯｆｆｔｈｅｔｈｅｏｒｙｏｆｆｌｕｉｄｍｅｃｈａｎｉｃｓ，ｅｌａｓｔｉｃｔｈｅｏｒｙａｎｄｔｈｅｌａｗｏｆｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎｏｆｍａｓｓ，ｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｐｅｓｔｇｒｏｕｔｉｎｇｏｆｓｈｉｅｌｄｗａｌｌｉｓ—ｒｅｖｅａｌｅｄ，ｂａｃｋｆｉＨｅｄｃｏｍｐａｃｔｉｏｎｇｒｏｕｔｉｎｇｍｏｄｅｌｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ，ａｎｄｔｈｅｒｅｌａｔｅｄｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｆｏｒｍｕ－ｌａｓａｒｅｄｅｒｉｖｅｄ．Ｔｈｅｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｓａｒｅａｓｆ０Ｈｏｗｓ：（１）Ｇｒｏｕｔｉｎｇｐａｒｔｉｃｌｅｐｒｅｓｓｕｒｅｍａｉｎｌｙｒｅｌａｔｅｓｔｏｔｈｅｉｎｉｔｉａｌｇｒｏｕｔｉｎｇｐｒｅ－ｓｓｕｒｅ，ｓｅｇｍｅｎｔｒａｄｉｕｓ，ｖｉｓｃｏｓｉｔｙｇｒｏｗｔｈｔｉｍｅ，ａｎｇｕｌａｒｉｎｃｒｅｍｅｎｔ，ｆｌｏｗｂｅｈａｖｉｏｒｉｎｄｅｘ，ｓｈｉｅｌｄｔａｉｌｃｌｅａｒａｎｃｅ，ｖｉｓｃｏｓｉｔｙｔｉｍｅｖａｒｉａｔｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ．（２）Ｔｈｒｏｕｇｈａｎａｌｙｚｉｎｇ—ｂａｃｋｆｉｌｌｅｄｃｏｍｐａｃｔｉｏｎｇｒｏｕｔｉｎｇｍｏｄｅｌ，ｉｔＣａｎｂｅｏｂｔａｉｎｅｄｔｈａｔｔｈｅｇｒｏｕｔｉｎｇｐｒｅｓｓｕｒｅｄｅｃｒｅａｓｅｓｉｎｇｅｎｅｒａｌａｓｔｈｅｕｐｗａｒｄｄｉｆｆｕｓｉｏｎｏｆｔｈｅｐａｒｔｉｃｌｅ，ａｎｄｔｈｅｇｒｏｕｔｉｎｇｐｒｅｓｓｕｒｅｉｎｃｒｅａｓｅｓｆｉｍｔａｎｄｔｈｅｎｄｅｃｒｅａｓｅｓａｓｔｈｅｄｏｗｎｗａｒｄｄｉｆｆｕｓｉｏｎｏｆｔｈｅｐａｒｔｉｃｌｅ．（３）Ｔｈｒｏｎｇｈｆｕｒｔｈｅｒａｎａｌ归ｎｇｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｎｄｖａｒｉａｔｉｏｎｏｆｇｒｏｕｔｉｎｇｐｒｅｓｓｕｒｅ，ｉｔｃａｎｂｅｏｂｔａｉｎｅｄｔｈａｔｔｈｅｏｐｔｉｍａｌａｎｇｌｅｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｇｒｏｕｔｉｎｇｈｏｌｅｓａｎｄｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｄｉｆｆｕｓｉｏｎｔｉｍｅｏｆｔｈｅｇｒｏｕｔｉｎｇ．Ａｔｔｈｅｓａｍｅｔｉｍｅ，ｃｏｍｐａｒｉｎｇｗｉｔｈｔｈｅｅｘｉｓｔｅｄｒｅｓｅａｒｃｈｒｅｓｕｌｔｓ，ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｉｓｐａｐｅｒｈａｖｅｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｅｘｔｅｎｓｉｏｎｖａｌｕｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｈｉｅｌｄｂａｃｋ－ｆｉｌｌｅｄｇｒｏｕｔｉｎｇ；ｔｅｍｐｏｒａｌａｎｄｓｐａｔｉａｌｖａｒｉａｔｉｏｎ；ｐｏｗｅｒ－ｌａｗｆｌｕｉｄ；ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎｇｒｏｕｔｉｎｇｍｏｄｅｌ１引言壁后注浆作为盾构隧道开挖过程中填充管片——收稿日期：２０１７０９０１Ⅳ基金项目：利万高速一标项目经理部技术开发项目（ＬＪｓＪＤ０１）作者简介：贾开民（１９６８一），男，高级工程师，主要从事交通土建工程技术研究与管理。与围岩之间的空隙，加固围岩体及防止沉降等方面发挥着重要的作用，同时受到众多学者及施工技术人员的高度重视，为保证隧道壁后注浆的顺利实施，国内外学者进行了大量的研究ｕ。２Ｊ。张莎莎旧１建立了盾尾注浆固结公式，研究了注浆过程中浆液压力消散规律；Ｋａｓｐｅｒ等Ｈ１通过数值铁道建筑技术ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１７ｆ＂Ｊ５万方数据・科技研究・模拟方法，研究注浆过程得到壁后浆体压力分布形∞式决定着管片受力和地层变形的结论；Ｋｏｙａｍａ１通过建立物理模型，经试验研究得出注浆压力过大会破坏砂层局部土体，相反，注浆压力过小使浆液不能完全充填空隙，不能满足预期的注浆效果；Ｂｅｚｕｉ－∞ｊｅｎ等１通过实时监测隧道壁后注浆压力，得到浆体压力分布特点为上小下大；冯士杰＂１基于连续方程和动量方程，通过建立压力梯度分布模型，研究了注浆过程中的压力变化规律；李志明旧。通过建立盾构同步注浆环向、纵向填充的力学模型，研究了盾构同步注浆的压力分布规律及填充机理；叶飞一。１２１先后研究了盾构隧道壁后注浆的半球面扩散、毛细管渗透、球孔扩张模型及压力分布，并通过具体工程实例分析了浆液扩散半径、注浆对管片产生的压力；邱明¨副基于流体力学及极限平衡法，推导了盾构隧道壁后注浆环向填充浆液压力分布计算公式；魏纲¨４１研究了盾构隧道壁后注浆的压力分布、注浆量及注浆填充率，同时研究了盾构法隧道壁后注浆对周边的影响；谢自韬¨５。以地铁工程区间隧道为研究对象，通过数值模拟等方法，提出了合理的盾构施工同步注浆压力及相应的控制沉降措施。综上所述，国内外学者针对隧道壁后注浆压力分布规律、浆液填充机理、浆液扩散形式及控制沉降技术等进行了大量的研究，但是对于考虑浆液流型的研究尚少，同时考虑浆液的时空效应的研究更是少之又少，因此，展开考虑浆液时空效应的盾构壁后压密注浆模型的研究是有必要的。在研究过程中，假设浆液流型为幂律型流体，并考虑浆液的时空效应，建立盾构隧道壁后压密注浆模型，深入研究浆液压力的变化规律。２考虑时空效应的幂律型流体压密注浆模型建立２．１基本假设（１）假设浆液为均质的各向同性体，忽略注浆出口的紊流状态，假设注浆过程中浆液作层流运。（２）假设隧道壁后空隙为规则的空心圆柱形状，其中ｒ．表示管片半径；Ｒ表示隧道断面半径；６表示隧道断面半径与管片半径之差，如图１所示。（３）假设盾构同步注浆过程中浆液只发生环向填充，不发生径向流动。６图１盾尾间隙示意（４）浆液不可压缩，浆液流型为幂律型流体，且注浆过程中浆液流型保持不变。在现场注浆过程中，由于工作面的不确定性，盾构隧道围岩壁可能出现凸凹不平的情况，其与管片之间形成的空心圆柱形状可能不规则，同时，随着浆液的流动，由于隧道围岩的渗水作用，浆液的水灰比可能出现一定的波动，浆液流型也有可能发生变化。２．２粘度时变性流体运动方程幂律型流体基本流变方程为¨６。１７１：“ｆ＝肛ｙ（１）式中，ｆ为剪切应力；ｙ为剪切速率；ｎ为流变指数；ｐ为粘度系数。考虑浆液的时变性，式（１）中粘度系数将变成关于时间的函数肛㈤，考虑浆液粘度的幂律型流变方程可表示为：“ｒ＝ｐ（Ｉ）７（２）式（２）中的时间函数采用阮文军提出的浆液粘度时变性公式：肛（ｔ）＝，ｌｐｅｈ（３）因此，结合式（２）和式（３）得到考虑浆液时效性的浆液流变方程：“ｆ＝几ｐｅｈｙ（４）式中，陀。为流体初始粘度系数，ｎ，＝１０～７０；ｔ为注浆时间；ｋ为粘性时变系数，一般情况下由试验测—定，取值范围是ｋ＝０．００９０．０３３。‘２．３浆液粘度时空变化物理方程１８】在注浆Ｅｌ处，浆液粘度为一固定值，随着浆液在盾构壁后扩散，浆液的粘度随之发生变化。设浆液质点在注浆孑Ｌ处的时刻为浆液粘度的时间起点，也就是说注浆孔处的浆液粘度为初始值。铁道建麓技术ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１７ｆ＂Ｊ万方数据・科技研究・如图１所示，将浆液环向填充看作是平面问题，取轴向单位长度ｚ＝１，根据质量守恒，任意时刻，盾构壁后环向浆液注入量与空隙填充体积相等，得到：‘ｇｆ：Ａ．ｏ、＂Ｒ２一ｒ；）ｚ（５）式中，ｑ为注浆速率；￡注浆时问；Ａａ为注浆时间为ｔ时的扩散弧度角增量（Ａｓｉ＞０）。求解上式（５）得到浆液扩散弧度角增量：…‰孑㈤∥（一ｒ；）ｆ为了更清楚的表示粘度的时空变化，现在定义三个时空概念：注浆时间为ｔ，表示整个注浆过程的用时，即注浆结束时刻与注浆开始时刻的差值；浆液质点刚进入管片后空隙的时刻ｔ。，不同的浆液质点在空隙中的ｔ。不同，浆液质点离管片的距离与ｔ。有一一对应的关系；粘度增长时间为ｔ。，表示浆液质点由注浆孔到被注空隙的时刻ｔ。为起点，以注浆时间ｔ为终点，即ｔ＝ｔ。＋ｔ，≤≤（０ｔ，ｔ）（７）根据式（２）和式（７）可知，在浆液质点进入管片后空隙的时刻ｔ。之后的注浆量与该质点离隧道中心的距离关系为：ｑ（￡一￡。）＝竽（Ｒ２一ｒ：）ｚ（８）因此，浆液粘度增长时间的物理方程可表示为：△理（尺２一ｒ；）—■≤≤ｔ。＝二（ｒ０ｒ。Ｒ）（９）ｚ９通过分析式（９）可知，浆液粘度增长时间与质点的位置一一对应，因此，浆液质点的粘度时空变化方程可表示为：‰‰∽）＝＝肛ｌ筹２吖２，）Ｉ（１０）分析式（１０）可知，等式右边的浆液粘度只和浆液质点的空间位置有关，且具有一一对应的关系。２．４考虑时效性的幂律型流体压密注浆机理在盾构隧道壁后注浆过程中，可以认为是浆液扩散形式左右对称，根据注浆浆液向上流与向下流时的力学模式，建立考虑时空效应的盾构壁后压密注浆模型，故上述两种情况分开讨论。（１）浆液质点向上扩散力学模型根据２．１中相关假设，浆液质点向上扩散的受力按照平面问题进行分析，具体受力情况如图２所示。铁道建筑技术ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＸ图２浆液质点向上扩散受力示意把各应力向浆液中心线流线方向做一次投影得到：ｐ．（２，）．ｃ。。（譬）：（ｐ＋ｄｐ）．（２，）．ｃ。。（譬）＋２Ｚ＂ｒｏ如．ｃ。。（孥）＋ｐｇ．（２，）（ｒｏｄ理）．ｃ。。（ｄ＋譬）（１１）设ＣＯＳ（ｄａ／２）＝１，ｓｉｎ（ｄａ／２）＝０，并整理式（１１）得到：弘一ｒ。（老ａｏＬ＋ｐｇｃｏｓａ）（１２）ｒｎ由剪切速率ｙ＝一ｄｕ／ｄｒ，同时将式（１０）和式（１２）代入式（２）可得浆液在扩散区内的剪切速率：石ｄｕ＝｛嗜ｔｘ筹Ｒ希２卜㈣ｄ７【△［ａ（２一ｒ，）／２９］Ｊ、。“当ｒ＝ｒ０时，浆液质点流动速度为；当ｒ＝Ｒ＝ｒ０＋６／２时，浆液质点流动速度为０，对式（１３）积分得到浆液质点的流动速度分布：ｎ『咖／（ｒｏｄａ）＋ｐｇｃｏｓｄｌｌ／ｎ’—一而Ｉ瓦蔽万了历万ｊ。［ｒ半一（导）半］（１４）界面平均流速：五＝瓤２础…）ｕ２ｉＪｏ删７Ｌ’１）将式（１４）代人式（１５）得到得浆液扩散区内压力时空分布方程：塞＝州酬Ｒ２－．２．）／２“ｇ］．（－２ｎｎ＋１）・“““（五）・（睾）一ｒｏｐｇｃｏｓ—ｄｒｏｐｇｃｏｓｄ（１６）假设第，个注浆孔的初注浆压力为Ｐｊ，注浆孔角度为Ｑｊ，需要说明的是，ＯＬ的在一二象限取值为０～万方数据・科技研究・叮Ｔ，在三四象限中取值为０～一百，具体情况如图３所示。Ｊ二。厂、，ｊＬ／ｉ一耐２图３角度取值示意根据式（１６）得到浆液质点压力时空分布物理方程：”ｐ＝州酬扯ｒ２１）／２ｑ］・（半）ｎ．““——（五）．（孚）＋Ｉ．（ａｊａ）＋ｒ。ＪＤｇ（ｓｉｎｄｊｓｉｎｄ）（１７）为了进一步说明浆液质点的时空分布特性，结合式（３）及式（１７）可得到，注浆压力与粘度增长时间的关系为：—’Ｐ＝Ｐｊｒｏｎｐｅｈ・““—“——（２ｎ，。＋１）・（面）・（争）＋ｌ・ｉｊｉ％ｒ乃二ＩＫ一一ｒ，Ｊ—ｒｏｐｇ［ｓｉｎａｊｓｉｎ（ｄ，＋五呵２ｑｔｖ）】（１８）同时，因为浆液粘度增长时将与浆液质点的分布一一对应，因此注浆压力与浆液质点的空间位置的关系为：—“ｐ＝ｐｊｒｏｎｐｅｋａａ（Ｒ２－枷ｑ．（半）ｎ．㈤・“△—△（要）＋Ｊ．ｄ＋ｒ。ｐｇ［ｓｉｎａｊｓｉｎ（位ｊ＋ａ）］（１９）（２）浆液质点向下扩散力学模型根据２．１中相关假设，浆液质点向下扩散的受力按照平面问题进行分析，具体受力情况如图４所示。Ｘ图４浆液质点向下扩散受力示意其推理如浆液向上流动情形类似。日ｊ以得剑浆液质点压力时空分布物理方程：ｐ＝功一ｒｄｚ［Ａ仅（ｎ哪２／２９］・（半）ｎ．“““—（面）．（要）＋１．（ａｊ一）＋ｒｏｐｇ（ｓｉｎａｊｓｉｎａ）（２０）注浆压力与粘度增长时间的关系：—ｐ：Ｐｊｒｏｎ．（堕盟）ｎ．ｐｅｋｔｖｐ５一。Ｌ了，。“㈤・ｃ护１・荸％＋懈【ｓｉＩｌ旷ｓｉｎ（旷燕）］（２１）注浆压力与浆液质点空间位置的关系：—“ｐ＝ｐｊｒ０／＇／，ｐｅｋＡａ（Ｒ２－巾／２ｑ・（掣）ｎ．㈤・”△△（睾）１・ａ＋ｒｏｐｇ［ｓｉｎ％一ｓｉｎ（ａｊ一ａ）］（２２）２．５考虑时空效应的幂律型流体压密注浆模型研究如图１所示，当注浆从注浆孔１经行注浆时，此∥时％＝６，根据２．４中的相关理论研究，得到浆液压力与粘度增长时间相关的分布计算模型：““马－－ｒｏｎｐｅｋｔＶ・（半）ｎ．㈤・（护・志＋ｒｏ昭［ｓｉｎ詈ｎ（百＂ＩＴ＋惫）］““岛－－ＴｏｎｐｅｋｔＶ・ｃ半卜㈤・ｃ护・志＋ｒｏ昭［ｓｉｎ詈ｎｃ詈一惫）】≤≤∥（，ｒｒ／６ｄ２）≤≤（一，ｒＶ２ａ，ｒｒ／６）（２３）８铁道建筑技术ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１７ｆ＂）万方数据・科技研究・同理，得到浆液压力与空间相关的分布计算模型。当注浆从注浆孑Ｌｌ经行注浆时，此时ｑ＝ａｔ／６，得到浆液压力与空间相关的分布计算模型。需要说明的是，在注浆孔位确定之后，浆液质ｐ＝点的扩散方向也就可以确定，但是浆液向上、向下填充时的角度范围将会发生相应的变化，其取值方式可以参考式（２３）及式（２４）中的确定方式，此处不再一一罗列。‰ｐｊ＿ｗ（Ｒ２却／２ｑ・（半）ｎ．（矿・（萼）ｎ＋１恤＋‘△≤≤印ｇ［ｓｉｎ詈一ｓｉｎ＿＂ＩＴ＋ａ）］（竹／６ａ１Ｔ／２）（２４）”△”ｐｊ一ｅｋ口（Ｒ２伽。．（半）。．（五）．（萼）川．曲＋△≤≤ｒ艄【ｓｉｎ詈一ｓｉｎ（詈一ａ）】（一百／２仅，ｒ／６）３参数确定及压力分布分析３．１参数确定由考虑时空变化的幂律型流体盾构壁后注浆模型中可知，浆液压力分布与变量参数Ｐｉ、Ｆ０、ｒ。、ｋ、Ｂ．ｏｔｊ、ａ、ｔ，、，ｌ、ｎｐ、Ｐ及定量参数ｇ、竹等有关，在确定各变量参数取值的情况下便可以求解浆液质点的压力时空分布值。在进行现场注浆中，变量参数Ｐ；、ｒ。、ｒ。、ｎ、６、口；、ｋ．ｐ可根据现场情况量测得到，同时浆液粘度增长时间ｔ。也可以监测得到，定量参数ｇ＝１０ｍ／ｓ２、订＝３．１４。另外，幂律型流体的初始粘度系数ｎ。及流变指数凡可以结合幂律型流体相关规范、规定进行确定，主要有以下两种确方法：（１）参考已有幂律型流体相关研究成果，如相关文献１９埘］。（２）根据相关仪器（旋转粘度计或毛细管粘度计等）检测、分析、计算获取心卜引。根据上述确定方法，考虑时空变化的幂律型流体盾构壁后注浆模型的相关参数均已完全确定，为下一步的定量计算分析提供了条件。３．２压力分布计算与分析假设盾构隧道管片外半径ｒ．＝３．１５ｍ、隧道半径Ｒ＝３．２５ｍ、注浆速率ｇ＝ｏ．１／Ｍｓ、掘进速度为１．２ｍ／ｈ。按照３．１中参数确定方法，确定考虑时空变化的幂律型流体盾构壁后注浆模型中的相关参数，具体取值如表１所示。表１盾构壁后注浆模型相关参数水灰比初始注浆盾构间隙中心流变盾尾间隙粘性时变浆液密度重力加速度圆周浆液平均流速粘度系数（Ｗ／Ｃ）压力Ｐｊ／ＭＰａ点半径ｒｏ／ｍ指数ｎ６／ｍ系数ｋｐ／（ｋｇ・ｍ一３）ｇ／（ｍ・ｓ一２）率叮ｒｆｚ／（ｎｌ・ｓ一１）‘ｎ。／（ｐａｓ）Ｏ．６Ｏ．１６３．２０．１４Ｏ．１０．Ｏｌｌ５００ｌＯ３．１４０．０１４．４２９根据卜－述参数及式（２３）计算并绘制浆液扩散压力与粘度增长的时间相关的曲线，如图５昕示．２０００００１７５０００１５００００星１２５０００穴１０００００莲７５０００臻５００００２５００００—２５０００ａ．浆液向上扩散粘度增长时间／ｓｂ．浆液向下扩散图５盾构壁后注浆压力与粘度增长时间相关的变化曲线铁道建簏技术ＲＡｆＬＷＡｙＣＯＮＳ丁只ＵＣ丁ｆ０Ｎ丁￡－ＣＨ～０ＬＯＧｙ２０Ｔ７ｆ＂Ｊ苫万方数据・科技研究・深入分析盾构壁后注浆压力与粘度增长时间的变化关系可知，在同一注浆孔的向上注浆过程中，随着粘度增长时间的增长，浆液压力首先呈非线性缓慢递减，随后出现骤减的变化趋势。在初始注浆时，浆液压力下降较缓慢；当粘度增长时间为１０００～１２００ｓ时，浆液压力出现明显的下降趋势；当粘度增长时间为１３００～１４００ｓ时，浆液压力将会小于０。在不同的注浆孔向上注浆时，不同注浆孔浆液压力的变化趋势几乎相似。在同一注浆孔的向下注浆过程中，随着粘度增长时间的增长，浆液压力首先呈非线性缓慢递增，随后出现骤减的变化趋势。在初始注浆时，浆液压力增长较缓慢；当粘度增长时间大约为ｌ０００ｓ时，浆液压力曲线出现驻点，随后注浆压力发生骤减；在不同的注浆孔向下注浆时，不同注浆孔浆液压力的变化趋势几乎相似。根据上述参数及式（２４）计算并绘制浆液扩散压力与空间相关的变化曲线，如图６所示。１７５０００１５００００１２５０００星１０００００案《７５０００囊５００００２５００００—２５ｏｏＯａ．浆液向上扩散角增量／（ｏ）ｂ．浆：：志向下扩散图６盾构壁后注浆压力与空间位置相关的变化曲线深入分析图６盾构壁后注浆压力与空间位置的变化关系可以看出，在同一注浆孔的向上注浆过程中，随着角增量的变化，浆液压力首先呈非线性缓慢递减，随后出现骤减的变化趋势。在初始注浆时，浆液压力下降较缓慢；当角增量约为叮ｒ／９时，浆液压力出现明显的下降趋势；当角增量快接近１３＂ｔｒ／９０时，浆液压力下降到０。在不同的注浆孔向上注１０铁道建筑技术浆时，不同注浆孔浆液压力的变化趋势几乎相似。在同一注浆孔向下注浆过程中，随着角增量的变化，浆液压力首先呈非线性缓慢递增，随后出现骤减的变化趋势。在初始注浆时，浆液压力增长较缓慢；当角增量大约为，Ｔｒ／１０时，浆液压力曲线出现驻点，随后注浆压力发生骤减。在不同的注浆孔向下注浆时，不同注浆孑Ｌ浆液压力的变化趋势几乎相似。综上所述，盾构壁后注浆压力分别与粘度增长时间相关的变化曲线和空间位置的变化关系走势几乎相似，这主要是因为在注浆过程中，浆液质点的时空分布具有一一对应的关系，即当确定了浆液质点的空间位置时，浆液粘度增长时间也可以随之确定，相反，当浆液粘度增长时间确定之后，浆液质点的扩散空间位置也可随之确定。４结论（１）深入分析注浆过程中浆液质点的时空效应，基于幂律型流变方程及质量平衡方程，揭示了考虑时空效应的幂律型流体压密注浆机理，建立了考虑时空效应的幂律型流体压密注浆模型，推导了考虑浆液时空效应的幂律型流体盾构壁后浆液压力计算公式，并确定公式中各参数的取值方法。（２）通过力学分析计算，分析盾构壁后浆液压力分布与浆液粘度增长和角增量的关系可知：浆液质点向上扩散，随着浆液粘度时间的增长或角增量的变化，浆液压力整体上呈现出非线性递增的变化趋势；浆液质点向下扩散，随着浆液粘度时间的增长或角增量的变化，浆液压力整体首先呈现出非线性递减，随后呈现出骤减的变化趋势。参考文献［１］叶飞，毛家骅，纪明，等．盾构隧道壁后注浆研究现状—及发展趋势［Ｊ］．隧道建设，２０１５，３５（８）：７３９７５２．［２］王一新，李华茂．裂隙岩体注浆研究现状［Ｊ］．路基工—程，２００９（５）：１３１４．［３］张莎莎，戴志仁，白云．盾构隧道同步注浆浆液压力消散规律研究［Ｊ］．中国铁道科学，２０１２，３３（３）：４０－４８．［４］ＫＡＳＰＥＲＴ，ＭＥＳＣＨＫＥＧ．Ｏｎｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆ—ｆａｃｅｐｒｅｓｓｕｒｅ，ｇｒｏｕｔｉｎｇｐｒｅｓｓｕｒｅａｎｄＴＢＭｄｅｓｉｇｎｉｎｓｏｆｔ—ｇｒｏｕｎｄｔｕｎｎｅｌｉｎｇ［Ｊ］．ＴｕｎｎｅｌｉｎｇａｎｄＵｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄＳｐａｃｅＴｅｃｈｎｏｌ－—ｏｇｙ，２００６，２１（２）：１６０１７１．［５］ＫＯＹＡＭＡＹ．Ｐｒｅｓｅｎｔｓｔａｔｕｓａｎｄｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｓｈｉｅｌｄｔｕｎ－ｎｅｌｉｎｇｍｅｔｈｏｄｉｎＪａｐａｎ［Ｊ］．Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ—ａｎｄＵｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄＳｐａｃｅ—Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００３，１８（２／３）：１４５１５９．（下转第１９页）ＲＡＩＬＷＡＹｃｏＮＳＴＲＵｃＴ｜ｏＮＴＥｃＨＮｏＬｏＧＹ２０１７ｎ１ｌ万方数据・科技研究・６结束语“”十三五期间，铁路将以站区生活污水为重点，强化生活污水处置，加大污染治理力度，确保期末全面实现污水的达标排放。当前铁路新建项目设计中，对针对性强、操作维护简单、脱氮除磷效果好的生活污水处理新技术及设备有迫切的需求，铁路局亦存在大量污水处理设备更新改造需求，以实现对污水的深度处理。小型ＡＢＲＦＳ折板气提曝气生物处理工艺，较好地实现了污水脱氮除磷，系统具有低有机负荷率、高固体停留时问、抗冲击能力强、运行稳定、操作维护简单、经济效益好的特点，是一种较为适宜的铁路中小型车站的污水处理工艺技术。参考文献［１］陈雯，付永胜．ＳＢＲ处理铁路洗涤废水试验研究［Ｊ］．—工业安全与环保，２００７，３３（２）：１４１６．［２］薛正．拉萨火车站污水处理系统设计［Ｊ］．铁路节能环—保与安全卫生，加１４，４（５）：２１４２１６．——■——・＋一＋一－一一・卜－－－卜一＋．－＋［３］李占文，任福民，陶若虹，等．ＭＢＲ技术在朔黄铁路污水—处理中的应用［Ｊ］．环境卫生工程，２０１１，１９（６）：５０５１．［４］王振芳，李有欣，吴耀荣．ＳＢＲ法在污水脱氮除磷中的—应用探讨［Ｊ］．科技与创新，２０１５（１６）：７１７２．［５］董良飞，郗晓敏，余海静，等．ＭＢＲ组合工艺脱氮除磷—研究进展［Ｊ］．中国给水排水，２０１０，２６（４）：２４２８．［６］袁敏．膜生物反应器在铁路污水处理中的应用［Ｊ］．低温建筑技术，２０１１（１２）：１０９一１１０．［７］王朝朝，李军．膜生物反应器强化脱氮除磷工艺优化—与控制［Ｊ］．水处理技术，２０１１，３７（５）：１２２１．［８］张彪．人工湿地用于铁路车站污水处理的探讨［Ｊ］．科—技创业月刊，２０１４（３）：１９７２００．［９］张素婷．人工湿地在城际铁路车站污水处理中的应用—［Ｊ］．铁道建筑技术，２０１３（１１）：６９７１．［１０］刘义安．浅谈人工湿地污水处理技术在铁路排污中应—用的可行性［Ｊ］．铁道建筑技术，２００７（Ｓ２）：２２５２２８．［１１］刘建明，张皓，赵子成．复合型人工湿地对铁路站点污水处理效果的研究［Ｊ］．铁道标准设计，２０１５（１１）：１２２—１２７．［１２］邱钰棋，付永胜，朱杰．铁路中小站段污水处理匹配技—术浅析［Ｊ］．四川环境，２００７，２６（２）：５８６２．（上接第ｌＯ页）［６］ＢＥＺＵＩＪＥＮＡ，ＴＡＬＭＯＮＡＭ，ＫＡＡＬＢＥＲＧＦ，ｅｔａ１．Ｆｉｅｌｄｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓｏｆｇｒｏｕｔｐｒｅｓｓｕｒｅｓｄｕｒｉｎｇｔｕｎｎｅｌｉｎｇｏｆ－ｔｈｅＳｏｐｈｉａｒａｉｌｔｕｎｎｅｌ［Ｊ］．ＳｏｉｌｓａｎｄＦｏｕｎｄｍｉｏｎｓ，２００４，—４４（１）：３９４８．［７］冯士杰，来永玲．盾构隧道同步注浆浆液压力变化规律—研究［Ｊ］．科学技术与工程，２０１４，１４（３３）：１１６１２１．［８］李志明，廖少明，戴志仁．盾构同步注浆填充机理及压力—分布研究［Ｊ］．岩土工程学报，２０１０，３２（１１）：１７５２１７５７．［９］叶飞，苟长飞，刘燕鹏，等．盾构隧道壁后注浆浆液时变半球面扩散模型［Ｊ］．同济大学学报：自然科学版，—２０１２，４０（１２）：１７８９１７９４．［１０］叶飞，刘燕鹏，苟长飞，等．盾构隧道壁后注浆浆液毛细管渗透扩散模型［Ｊ］．西南交通大学学报，２０１３，４８（３）：—４２８４３４．［１１］叶飞，陈治，苟长飞，等．基于球孔扩张的盾构隧道壁后注—浆压密模型［Ｊ］．交通运输工程学报，２０１４，１４（１）：３５４２．［１２］苟长飞，叶飞，张金龙，等．盾构隧道同步注浆充填压力—环向分布模型［Ｊ］．岩土工程学报，２０１３（３）：５９０５９８．［１３］邱明，姜安龙．地铁盾构隧道壁后注浆浆液压力分—布模型［Ｊ］．现代隧道技术，２０１３，５０（４）：１１５１２１．［１４］魏纲，魏新江，洪杰．盾构隧道壁后注浆机理及其对周边环铁道建筑技术ＲＡＩＬＷＡＹＣｏＮＳＴＲＵＣＴｌｏＮＴＥｃＨＮｏＬｏＧＹ—境的影响ＥＪ］．防灾减灾工程学报，２０１０，３０（Ｓ１）：２９９３０４．［１５］谢自韬，江玉生，刘品．盾构隧道壁后注浆压力对地表沉降及围岩变形的数值模拟研究［Ｊ］．隧道建设，—２００７，２７（４）：１２１５．［１６］沈崇棠，刘鹤年．非牛顿流体力学及其应用［Ｍ］．北—京：高等教育出版社，１９８９：１４７１７７．［１７］孔祥言．高等渗流力学［Ｍ］．合肥：中国科学技术大学—出版社，１９９９：３１５３３２．［１８］张庆松，张连震，张霄，等．基于浆液黏度时空变化的水平裂隙岩体注浆扩散机制［Ｊ］．岩石力学与工程学—报，２０１５，３４（６）：１１９８１２１０．［１９］阮文军．注浆扩散与浆液若干基本性能研究［Ｊ］．岩土—工程学报，２００５，２７（１）：６９７３．［２０］南京水利科学研究院．土工试验方法标准：ＧＢ／Ｔ—５０１２３１９９９［ｓ］．北京：中国计划出版社，１９９９．［２１］刘国强．可溶岩中隧道初支局部堵水注浆施工技术—［Ｊ］．铁道建筑技术，２０１６（９）：１３１７．［２２］郭健．盾构隧道注浆抬升管片的效率研究［Ｊ］．铁道建—筑技术，２０１６（９）：１８２０＋４１．［２３］刘健，张载松，韩烨，等．考虑黏度时变性的水泥浆液盾构壁后注浆扩散规律及管片压力模型的试验研究—［Ｊ］．岩土力学，２０１５（２）：３６１３６８．２０１７仃７Ｊ１９万方数据