滇東巖溶地區(qū)帷幕灌漿單位注灰量與單位透水率相關(guān)分析

王冬升

摘要：由于碳酸巖地區(qū)巖溶洞（隙）的發(fā)育具有較高的不均一性，在巖溶防滲工程中，帷幕灌漿的單位注灰量對(duì)工程投資影響較為突出。為更好地了解巖溶地區(qū)帷幕灌漿的規(guī)律，結(jié)合幾個(gè)巖溶區(qū)帷幕防滲工程的實(shí)測(cè)資料，對(duì)巖體的單位注灰量與單位透水率及其帷幕灌漿壓力之間的相互關(guān)系進(jìn)行了一元和二元雙對(duì)數(shù)回歸分析。結(jié)果表明：?jiǎn)挝蛔⒒伊侩S單位透水率的增大而增加，并伴隨灌漿壓力的增大也相應(yīng)增加，之間存在指數(shù)函數(shù)關(guān)系，且顯著相關(guān)。論文研究成果可為類似工程帷幕灌漿單位的注灰量預(yù)測(cè)提供相對(duì)可靠的資料。

關(guān)鍵詞：帷幕灌漿;單位注灰量;單位透水率;巖溶地區(qū);云南東部

中圖法分類號(hào)：TV534.5文獻(xiàn)標(biāo)志碼：ADOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2021.08.013

文章編號(hào)：1006 - 0081（2021）08 - 0067- 06

滇東地區(qū)是西南巖溶區(qū)的主要分布地帶，與貴州和廣西典型巖溶發(fā)育區(qū)緊密相連。研究了滇東巖溶地區(qū)部分中、小型水利水電工程的帷幕灌漿實(shí)測(cè)資料。這些工程均按規(guī)程規(guī)范[1]要求施工，數(shù)據(jù)可信度高，參考價(jià)值強(qiáng)，且對(duì)灌漿過(guò)程中遇到的特殊情況處置及時(shí)、方法合理，形成的帷幕防滲體經(jīng)過(guò)帷幕灌漿檢查孔檢查和初步蓄水驗(yàn)證達(dá)到了預(yù)期效果，主要代表性工程有石林地下水庫(kù)、羊過(guò)水水庫(kù)和洗灑水庫(kù)等。

1 工程概況

羊過(guò)水水庫(kù)總庫(kù)容3 131萬(wàn)m3，壩址及庫(kù)岸帷幕灌漿軸線地帶為二疊系下統(tǒng)梁山組（P12）砂泥巖，深部為石炭系上統(tǒng)（C3）石灰?guī)r。2007年水庫(kù)蓄水后即發(fā)生了庫(kù)區(qū)滲漏，2014～2018年進(jìn)行了防滲勘察及處理，補(bǔ)充帷幕壩址及右岸灌漿段總長(zhǎng)408 m，庫(kù)區(qū)左岸斷層影響帶FG段灌漿帷幕長(zhǎng)240 m，單排孔，孔距2 m。帷幕防滲灌漿工程量為：砂巖鉆孔3 879 m，灰?guī)r鉆孔33 869 m，灌漿總進(jìn)尺29 233 m。

石林地下水庫(kù)總庫(kù)容648.82萬(wàn)m3，其中地下蓄水量273.25萬(wàn)m3，地面庫(kù)容375.57萬(wàn)m3。壩址及庫(kù)岸帷幕灌漿軸線地帶為二疊系下統(tǒng)棲霞組（P1q）及石炭系上統(tǒng)（C3）石灰?guī)r夾倒石頭組（P1d）泥質(zhì)灰?guī)r、砂頁(yè)巖薄層，帷幕灌漿軸線全長(zhǎng)4.84 km，除巖溶發(fā)育的樞紐區(qū)設(shè)置雙排孔，孔距2.0 m，排距1.0 m，其余區(qū)域設(shè)置單排孔，孔距2.0 m，右岸中部至尾段孔距3.0 m。施工中局部地段作了加密處理，鉆孔總進(jìn)尺17 1542 m，灌漿總進(jìn)尺155 364 m。

洗灑水庫(kù)擴(kuò)建工程擴(kuò)建后總庫(kù)容2 478.0萬(wàn)m3，庫(kù)區(qū)左岸為石炭系上統(tǒng)（C3）石灰?guī)r，帷幕灌漿軸線長(zhǎng)796 m，單排孔，孔距2.0 m，灌漿總進(jìn)尺10 944 m。

上述帷幕灌漿方式采用孔口封閉，自上而下分段循環(huán)灌漿[2]，逐序加密的原則施工。段長(zhǎng)首段2.0 m，第二段3.0 m，以下為5.0 m;灌漿壓力大于水頭壓力的1.5～2.0倍以上，首段0.5 MPa，第二段1.0 MPa，以下各段遞增0.5 MPa，直至3.0 MPa，深度大于40 m則為4.0 MPa。簡(jiǎn)易壓水試驗(yàn)所用壓力為灌漿壓力的80%。最大壓力不超過(guò)1.0 MPa。若注灰量大于1 000 kg/m，且注入率無(wú)明顯下降，壓力無(wú)明顯升高時(shí)，則待凝間歇6～8 h后復(fù)灌，直至達(dá)到設(shè)計(jì)灌漿壓力并正常結(jié)束。

2 分析方法

資料取自上述中、小型水利水電工程的帷幕灌漿實(shí)測(cè)資料共47 659段，其注灰量情況統(tǒng)計(jì)見表1，剔除少量的偶遇極值和異常值[3]，本文共選擇上述工程帷幕灌漿成果檢測(cè)數(shù)據(jù)共45 325組，進(jìn)一步作單位透水率與單位注灰量雙對(duì)數(shù)相關(guān)分析。

2.1 帷幕灌漿單位透水率與單位注灰量

（1）單位透水率q。

（2）單位注灰量w。

2.2 回歸分析

由于單位透水率與單位注灰量區(qū)間值域范圍較大，為便于回歸分析分別對(duì)單位透水率與單位注灰量進(jìn)行對(duì)數(shù)計(jì)算，即采用x=lgq和y=lgW，以縮小區(qū)間值域范圍。帷幕灌漿單位注灰量最為密切相關(guān)的因素為單位透水率和灌漿壓力，首先根據(jù)單位注灰量與單位透水率進(jìn)行一元線性回歸，并在此基礎(chǔ)上，對(duì)單位注灰量與單位透水率和灌漿壓力再次進(jìn)行二元回歸分析。

3 單位透水率與單位注灰量的關(guān)系分析

（1）不同巖體的單位透水率與單位注灰量關(guān)系。由于石灰?guī)r巖溶發(fā)育的不均一性導(dǎo)致單位透水率差異較大[4]，若巖溶裂隙貫通性較好，則單位注灰量相對(duì)較高，經(jīng)統(tǒng)計(jì)碳酸巖平均單位注灰量為300～350 kg/m（表2）;由于砂泥巖段僅以羊過(guò)水水庫(kù)工程為例，砂泥巖分布于表層，風(fēng)化裂隙發(fā)育，單位透水率偏大，但貫通性稍差，單位注灰量相對(duì)較低，平均單位注灰量為168.30 kg/m，詳見圖1。

（2）不同灌漿壓力下的單位透水率與單位注灰量關(guān)系。對(duì)于砂泥巖，由于巖體風(fēng)化裂隙和層間裂隙發(fā)育，但貫通性較低，所利用的樣本均位于表層30 m以內(nèi)，因而所使用的灌漿壓力相對(duì)較低，為0.5～1.5 MPa，大于1.5 MPa后多存在巖體破壞造成地表冒（串）漿，單位透水率與單位注灰量雙對(duì)數(shù)線性回歸分析見圖2。

對(duì)于石灰?guī)r，由于巖體巖溶洞（隙）發(fā)育，貫通性較好，上部巖體巖溶洞（隙）最為發(fā)育，貫通性也最好，單位透水率較大，通常難以達(dá)到設(shè)計(jì)的灌漿壓力，待凝復(fù)灌現(xiàn)象普遍，因此單位注灰量偏大，深部巖體巖溶洞（隙）發(fā)育程度和貫通性減弱[5]，單位透水率減小，易于達(dá)到設(shè)計(jì)的灌漿壓力。樣本僅少量最小壓力為0.1 MPa，普遍大于0.5 MPa，最大壓力為4.62 MPa。單位透水率與單位注灰量雙對(duì)數(shù)線性回歸分析見圖3。

通常情況下，當(dāng)巖體的單位透水率相近時(shí)，單位注灰量會(huì)隨灌漿壓力的增大而增加。對(duì)于中等以上透水巖體，壓力提升較慢，多有間歇復(fù)灌發(fā)生，復(fù)灌段占總樣本數(shù)的2.7%，溶隙內(nèi)填充物大部分可在2.5 MPa壓力以下，多為1.5～2.5 MPa壓力下被破壞。單位注灰量隨灌漿壓力的增大而增加，但伴隨壓力的增大，增幅變小，而對(duì)于10 Lu以下弱透水巖體，溶隙不發(fā)育且溶隙寬度細(xì)小，通常多小于1 mm，壓力提升較快，可快速達(dá)到3.0 MPa或以上，單位注灰量隨灌漿壓力的增大而較1.0 MPa壓力下的單位注灰量略有增加，其散點(diǎn)見圖3，由于砂泥巖位于表層且灌漿壓力普遍較小，樣本數(shù)偏少，僅對(duì)石灰?guī)r按照單位透水率區(qū)間對(duì)灌漿壓力平均值和單位注灰量平均值統(tǒng)計(jì)見表3。

不同灌漿壓力下單位透水率平均值與單位注灰量平均值相關(guān)圖見圖4。

根據(jù)對(duì)石灰?guī)r在不同灌漿壓力段條件下，由單位注灰量與單位透水率散點(diǎn)和平均值進(jìn)行雙對(duì)數(shù)回歸分析，按平均值回歸分析較散點(diǎn)回歸分析其相關(guān)系數(shù)相對(duì)較高。由于所采集的數(shù)據(jù)點(diǎn)分布較為分散，按一定比例的數(shù)據(jù)（剔除一定比例的大值和小值后所剩余樣本比例），砂泥巖數(shù)據(jù)相對(duì)較少按60%、石灰?guī)r數(shù)據(jù)相對(duì)較多按80%、其余各壓力段也按80%的樣本數(shù)據(jù)回歸可獲得一個(gè)量值（截距）區(qū)間（即斜率不變，上、下限平移），則相關(guān)系數(shù)越大，相關(guān)性越好，截距區(qū)間范圍就越小。按具有顯著相關(guān)關(guān)系（相關(guān)系數(shù)大于0.80）的截距區(qū)間更便于其他工程參考，成果見表4。

對(duì)于一些具有充填的巖溶裂隙，伴隨灌漿壓力的增大存在多次待凝復(fù)灌問(wèn)題，這些地段單位透水率多為中等透水。當(dāng)單位注灰量大于1 000 kg/m且注入率無(wú)明顯下降，壓力無(wú)明顯升高時(shí)，則待凝間歇6～8 h后復(fù)灌，直至達(dá)到設(shè)計(jì)灌漿壓力并正常結(jié)束。一般隨復(fù)灌次數(shù)的增加，單位注灰量也隨之增加，其單位透水率與單位注灰量相關(guān)圖見圖5，由單位注灰量與單位透水率散點(diǎn)和平均值進(jìn)行雙對(duì)數(shù)回歸分析，成果見表5。

綜合帷幕灌漿單位注灰量與灌漿壓力和單位透水率進(jìn)行雙對(duì)數(shù)二元回歸分析，采用散點(diǎn)回歸得到回歸方程為：[M=313.407P-0.223q0.160]，復(fù)相關(guān)系數(shù)為r=0.547≥0.50，中度相關(guān)，詳見圖6。按一定比例的數(shù)據(jù)（剔除一定比例的大值和小值所剩余的樣本比例），按70%的樣本數(shù)據(jù)回歸獲得的截距區(qū)間為47.678～407.228，則相關(guān)系數(shù)為0.833，具有顯著相關(guān)關(guān)系。

采用不同單位透水率區(qū)間平均值與灌漿壓力平均值、單位透水率平均值（表3）進(jìn)行雙對(duì)數(shù)二元回歸分析得到回歸方程為：[M=36.131P0.360q0.778]，復(fù)相關(guān)系數(shù)為r=0.838≥0.800，顯著相關(guān)，按80%的數(shù)據(jù)樣本回歸獲得的截距區(qū)間為7.702～80.502，其回歸方程：[M=（7.702～80.502）P0.360q0.778]的參考意義更為顯著。

4結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)上述相關(guān)分析，帷幕灌漿單位透水率與單位注灰量之間存在較為密切的相關(guān)關(guān)系。單位注灰量隨單位透水率的增大而增加，單位注灰量與單位透水率存在指數(shù)函數(shù)且有顯著的相關(guān)關(guān)系，同時(shí)伴隨灌漿壓力的增大而增加，也具有較為顯著的指數(shù)函數(shù)相關(guān)關(guān)系。由于巖溶裂隙內(nèi)的填充物大部分可在2.5 MPa壓力以下，多為1.5～2.5 MPa壓力下被破壞，但對(duì)于10 Lu以下弱透水巖體，由于巖溶裂隙不發(fā)育且溶隙寬度細(xì)小，內(nèi)部充填物很少以至于單位注灰量隨灌漿壓力的增大而增幅減小，僅較1.0 MPa壓力下的單位注灰量略有增加。由于帷幕灌漿受到灌漿方式等諸多客觀因素制約，單位透水率與單位注灰量相關(guān)系數(shù)還不夠非常顯著，但可為類似工程帷幕灌漿單位的注灰量預(yù)測(cè)提供相對(duì)可靠的資料。

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（編輯：唐湘茜）