滇東巖溶地區帷幕灌漿單位注灰量與單位透水率相關分析

王冬升

摘要：由于碳酸巖地區巖溶洞（隙）的發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工程投資影響較為突出。為更好地了解巖溶地區帷幕灌漿的規律，結合幾個巖溶區帷幕防滲工程的實測資料，對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系進行了一元和二元雙對數回歸分析。結果表明：單位注灰量隨單位透水率的增大而增加，并伴隨灌漿壓力的增大也相應增加，之間存在指數函數關系，且顯著相關。論文研究成果可為類似工程帷幕灌漿單位的注灰量預測提供相對可靠的資料。

關鍵詞：帷幕灌漿;單位注灰量;單位透水率;巖溶地區;云南東部

中圖法分類號：TV534.5文獻標志碼：ADOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2021.08.013

文章編號：1006 - 0081（2021）08 - 0067- 06

滇東地區是西南巖溶區的主要分布地帶，與貴州和廣西典型巖溶發育區緊密相連。研究了滇東巖溶地區部分中、小型水利水電工程的帷幕灌漿實測資料。這些工程均按規程規范[1]要求施工，數據可信度高，參考價值強，且對灌漿過程中遇到的特殊情況處置及時、方法合理，形成的帷幕防滲體經過帷幕灌漿檢查孔檢查和初步蓄水驗證達到了預期效果，主要代表性工程有石林地下水庫、羊過水水庫和洗灑水庫等。

1 工程概況

羊過水水庫總庫容3 131萬m3，壩址及庫岸帷幕灌漿軸線地帶為二疊系下統梁山組（P12）砂泥巖，深部為石炭系上統（C3）石灰巖。2007年水庫蓄水后即發生了庫區滲漏，2014～2018年進行了防滲勘察及處理，補充帷幕壩址及右岸灌漿段總長408 m，庫區左岸斷層影響帶FG段灌漿帷幕長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，灰巖鉆孔33 869 m，灌漿總進尺29 233 m。

石林地下水庫總庫容648.82萬m3，其中地下蓄水量273.25萬m3，地面庫容375.57萬m3。壩址及庫岸帷幕灌漿軸線地帶為二疊系下統棲霞組（P1q）及石炭系上統（C3）石灰巖夾倒石頭組（P1d）泥質灰巖、砂頁巖薄層，帷幕灌漿軸線全長4.84 km，除巖溶發育的樞紐區設置雙排孔，孔距2.0 m，排距1.0 m，其余區域設置單排孔，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，鉆孔總進尺17 1542 m，灌漿總進尺155 364 m。

洗灑水庫擴建工程擴建后總庫容2 478.0萬m3，庫區左岸為石炭系上統（C3）石灰巖，帷幕灌漿軸線長796 m，單排孔，孔距2.0 m，灌漿總進尺10 944 m。

上述帷幕灌漿方式采用孔口封閉，自上而下分段循環灌漿[2]，逐序加密的原則施工。段長首段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。簡易壓水試驗所用壓力為灌漿壓力的80%。最大壓力不超過1.0 MPa。若注灰量大于1 000 kg/m，且注入率無明顯下降，壓力無明顯升高時，則待凝間歇6～8 h后復灌，直至達到設計灌漿壓力并正常結束。

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測資料共47 659段，其注灰量情況統計見表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數據共45 325組，進一步作單位透水率與單位注灰量雙對數相關分析。

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間值域范圍較大，為便于回歸分析分別對單位透水率與單位注灰量進行對數計算，即采用x=lgq和y=lgW，以縮小區間值域范圍。帷幕灌漿單位注灰量最為密切相關的因素為單位透水率和灌漿壓力，首先根據單位注灰量與單位透水率進行一元線性回歸，并在此基礎上，對單位注灰量與單位透水率和灌漿壓力再次進行二元回歸分析。

3 單位透水率與單位注灰量的關系分析

（1）不同巖體的單位透水率與單位注灰量關系。由于石灰巖巖溶發育的不均一性導致單位透水率差異較大[4]，若巖溶裂隙貫通性較好，則單位注灰量相對較高，經統計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水水庫工程為例，砂泥巖分布于表層，風化裂隙發育，單位透水率偏大，但貫通性稍差，單位注灰量相對較低，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系。對于砂泥巖，由于巖體風化裂隙和層間裂隙發育，但貫通性較低，所利用的樣本均位于表層30 m以內，因而所使用的灌漿壓力相對較低，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數線性回歸分析見圖2。

對于石灰巖，由于巖體巖溶洞（隙）發育，貫通性較好，上部巖體巖溶洞（隙）最為發育，貫通性也最好，單位透水率較大，通常難以達到設計的灌漿壓力，待凝復灌現象普遍，因此單位注灰量偏大，深部巖體巖溶洞（隙）發育程度和貫通性減弱[5]，單位透水率減小，易于達到設計的灌漿壓力。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數線性回歸分析見圖3。

通常情況下，當巖體的單位透水率相近時，單位注灰量會隨灌漿壓力的增大而增加。對于中等以上透水巖體，壓力提升較慢，多有間歇復灌發生，復灌段占總樣本數的2.7%，溶隙內填充物大部分可在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，而對于10 Lu以下弱透水巖體，溶隙不發育且溶隙寬度細小，通常多小于1 mm，壓力提升較快，可快速達到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，其散點見圖3，由于砂泥巖位于表層且灌漿壓力普遍較小，樣本數偏少，僅對石灰巖按照單位透水率區間對灌漿壓力平均值和單位注灰量平均值統計見表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圖見圖4。

根據對石灰巖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和平均值進行雙對數回歸分析，按平均值回歸分析較散點回歸分析其相關系數相對較高。由于所采集的數據點分布較為分散，按一定比例的數據（剔除一定比例的大值和小值后所剩余樣本比例），砂泥巖數據相對較少按60%、石灰巖數據相對較多按80%、其余各壓力段也按80%的樣本數據回歸可獲得一個量值（截距）區間（即斜率不變，上、下限平移），則相關系數越大，相關性越好，截距區間范圍就越小。按具有顯著相關關系（相關系數大于0.80）的截距區間更便于其他工程參考，成果見表4。

對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灌問題，這些地段單位透水率多為中等透水。當單位注灰量大于1 000 kg/m且注入率無明顯下降，壓力無明顯升高時，則待凝間歇6～8 h后復灌，直至達到設計灌漿壓力并正常結束。一般隨復灌次數的增加，單位注灰量也隨之增加，其單位透水率與單位注灰量相關圖見圖5，由單位注灰量與單位透水率散點和平均值進行雙對數回歸分析，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行雙對數二元回歸分析，采用散點回歸得到回歸方程為：[M=313.407P-0.223q0.160]，復相關系數為r=0.547≥0.50，中度相關，詳見圖6。按一定比例的數據（剔除一定比例的大值和小值所剩余的樣本比例），按70%的樣本數據回歸獲得的截距區間為47.678～407.228，則相關系數為0.833，具有顯著相關關系。

采用不同單位透水率區間平均值與灌漿壓力平均值、單位透水率平均值（表3）進行雙對數二元回歸分析得到回歸方程為：[M=36.131P0.360q0.778]，復相關系數為r=0.838≥0.800，顯著相關，按80%的數據樣本回歸獲得的截距區間為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 語

通過上述相關分析，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關系。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函數且有顯著的相關關系，同時伴隨灌漿壓力的增大而增加，也具有較為顯著的指數函數相關關系。由于巖溶裂隙內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，但對于10 Lu以下弱透水巖體，由于巖溶裂隙不發育且溶隙寬度細小，內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系數還不夠非常顯著，但可為類似工程帷幕灌漿單位的注灰量預測提供相對可靠的資料。

參考文獻：

[1] SL31-2003 水利水電工程鉆孔壓水試驗規程[S].

[2] 李茂珍.水文地質壓水試驗[M]. 北京：水利電力出版社，1987：82-89.

[3] 張蘇民，鐘龍輝，楊耀坤，等. 工程地質手冊[M]. 2版. 北京：中國建筑工業出版社，1982：528-530.

[4] 張咸恭.工程地質學[M]. 北京：地質出版社，1983：43-45.

[5] 孫釗.大壩基巖灌漿[M]. 北京：中國水利水電出版社，2004：122-125.

（編輯：唐湘茜）