（地质工程专业论文）限排抗水压隧道注浆帷幕耐久性研究.pdf

摘要摘要抗水压隧道往往位于高水压地区，地下水水压有时会高达数个兆帕到十几个兆帕，严重威胁隧道设计、施工和运营。对于抗水压隧道，常采用对围岩进行预注浆，依靠浆液和围岩联合作用形成注浆帷幕来抵抗大部分水压力，由于影响注浆帷幕的因素较多，注浆帷幕在使用年限内的防水效果将直接影响隧道结构的安全，因此有必要对注浆帷幕耐久性进行研究。目前对于隧道工程耐久性问题，主要集中在隧道结构以及混凝土结构耐久性研究方面，而对注浆帷幕耐久性的研究较少。本文以雅砻江锦屏二级水电站引水洞及交通辅助洞为工程背景，通过现场调研、分析耐久性影响因素、研制试验装置、设计试验方案、采用b p 神经网络工具等手段建立注浆帷幕耐久性评价模型，主要工作如下：( 1 ) 注浆帷幕耐久性影响因素全分析基于隧道结构耐久性、混凝土耐久性和大坝帷幕耐久性的研究现状与成果，通过工程现场调研，确定了限排抗水压隧道注浆帷幕耐久性的影响因素：断裂构造、岩体工程地质特性、注浆材料及注浆工艺、地下水，并以此建立了注浆帷幕耐久性主要影响因素体系。( 2 ) 注浆帷幕耐久性试验装置研制研制了一套同时考虑轴压、围压、渗透水压、水化学、温度共同作用下，注浆帷幕耐久性的试验装置，装置由试样容器、加载系统、温控系统、量测系统以及附属系统组成：试样容器为对试件进行耐久性试验的压力容器；加载系统可对试验施加轴压、围压与渗透水压；温控系统可对压力容器温度进行控制；量测系统包括流量计、压力传感器、压力控制器、温度传感器、温度控制器；附属系统包括气源、必要的阀门管道等；该装置是本文的创新点之一，目前还未见有实现类似功能的试验装置。( 3 ) 注浆帷幕耐久性试验方案设计试验目的主要通过控制试验条件，获取各影响因素对注浆帷幕耐久性的影响，为后续建立耐久性评价模型提供原始数据。设计了针对三类试样的试验：现场试样、注浆体试样、注浆胶合试样；基于正交分析方法，分别改变渗透水摘要压、离子浓度、温度条件及流量，研究不同因素对上述三类试样渗透性能的影响，据此反映各因素对注浆帷幕耐久性的影响。该试验方案的设计是本文的又一创新，能够考虑实际工程中的各因素对注浆帷幕耐久性的影响。( 4 ) 基于b p 神经网络的注浆帷幕耐久性评价模型的建立通过试验数据，可利用b p 神经网络数学工具对试验数据进行整理分析，建立关于注浆帷幕耐久性的评判和预测模型。模型输入层分别为：进口水压力p 1 、离子浓度( s 0 4 易、c 0 3 2 - 或c a 2 + ) 、温度t 以及流量q ，输出层为渗透系数k ，传递系数采用对数s 型函数，经过反复训练样本数据，可建立限排抗水压隧道注浆帷幕耐久性的评价模型，以期为类似工程服务。关键词：抗水压隧道，注浆帷幕，耐久性，影响因素，评价模型i ia b s t r a c ta n t i p r e s s u r et u n n e l sa r eo f t e nl o c a t e di nh y d r a u l i cp r e s s u r ea r e a s ，t h eg r o u n d w a t e rp r e s s u r e sm a yg e tv e r yh i g hp r e s s u r e t h et u n n e l sd e s i g n ，c o n s t r u c t i o na n do p e r a t i o na r et h r e a t e n e d f o ra n t i w a t e rp r e s s u r et u n n e l s ，t h e ya r eo f t e nu s e df o rp r e g r o u t i n gs u r r o u n d i n gr o c k ，g r o u t i n ga n ds u r r o u n d i n gr o c kt or e l yo nt h er o l eo fu n i t e dg r o u t i n gc u r t a i nt or e s i s tt h ef o r m a t i o no ft h em a j o r i t yo fw a t e rs t r e s sp r e s s u r e s b e c a u s eo ft h ei m p a c t i o no fm a n yf a c t o r sf o rg r o u t i n gc u r t a i n ，i ti st h eu s eo fl i f ee f f e c t so fw a t e r p r o o fw i l ld i r e c t l ya f f e c tt h es a f e t yo ft h et u n n e ls t r u c t u r e ，i ti se s s e n t i a lt os t u d yt h ed u r a b i l i t yo fg r o u t i n gc u r t a i n t u n n e lp r o j e c t i o no ft h ed u r a b i l i t yi nc u r r e n t ，m a i n l yo ft h e ma r ec o n c e n t r a t e di nt h et u n n e ls t r u c t u r e ，a sw e l la sr e s e a r c ho nt h ed u r a b i l i t yo fc o n c r e t es t r u c t u r e s ，w h i l eg r o u t i n gc u r t a i na r el e s sf o rt h ed u r a b i l i t ys t u d y i nt h i sp a p e f t h ey a l o n gj i n p i n gh y d r o p o w e rd i v e r s i o nt u n n e l sa n dt r a f f i ca u x i l i a r yh o l e s ，w i t ht h ee n g i n e e r i n gb a c k g r o u n d ，t h r o u g ho n s i t er e s e a r c h ，a n a l y s i s e sf o rt h ed u r a b i l i t yo ft h ei m p a c to ff a c t o r s ，t h ed e v e l o p m e n ta n dt e s t i n gd e v i c e s ，t h e d e s i g no fp i l o t i n gp r o g r a m ，u s i n gb pn e u r a ln e t w o r kf o rs e t t i n gu pd u r a b i l i t ye v a l u a t i o no fg r o u t i n gc u r t a i nm o d e l ，t h em a i nj o b sa r ef o l l o w s ：( 1 ) a n a l y s i n gi n f l u e n c i n gf a c t o r sf o r t h ed u r a b i l i t yo fg r o u t i n gc u r t a i nt u n n e ls t r u c t u r e sb a s e do nt h ed u r a b i l i t yo fc o n c r e t ed u r a b i l i t ya n dt h ed u r a b i l i t yo ft h ed a mc u r t a i ns t a t u sa n dr e s u l t so fr e s e a r c h i n gt h r o u g ht h ep r o j e c ts i t et od e t e r m i n et h el i m i t so fa n t i w a t e rp r e s s u r ei nt h et u n n e lr o wc u r t a i ng r o u t i n g d u r a b i l i t yo ff a c t o r s ：f a u l t s ，r o c ke n g i n e e r i n gg e o l o g i c a lc h a r a c t e r i s t i c so fg r o u t i n gm a t e r i a la n dg r o u t i n gp r o c e s s ，g r o u n d w a t e r , a n dt os e tu pt h ed u r a b i l i t yo ft h eg r o u t i n gc u r t a i ns y s t e mo ft h em a i nf a c t o r s ( 2 ) d u r a b i l i t yo fg r o u t i n gc u r t a i nf o rt e s t i n gd e v i c et a k i n gi n t oa c c o u n tt h ed e v e l o p m e n to fas e to fa x i a l ，c o n f i n i n gp r e s s u r e ，o s m o t i cp r e s s u r e ，w a t e rc h e m i s t r y , t h ec o m b i n e de f f e c to ft e m p e r a t u r e ，t h eg r o u t i n gc u r t a i nd u r a b i l i t yt e s td e v i c e ，t h ed e v i c ef r o mt h es a m p l ec o n t a i n e r s ，l o a d i n gs y s t e m ，i i ia b s t r a e tt e m p e r a t u r ec o n t r o ls y s t e m ，m e a s u r e m e n ts y s t e ma n dt h es u b s i d i a r ys y s t e m s ：t h es p e c i m e nc o n t a i n e r sf o rs a m p l e st ot e s tt h ed u r a b i l i t yo ft h ep r e s s u r ev e s s e l ；l o a d e ds y s t e mc a nb ei m p o s e do nt h ea x i a lc o m p r e s s i o nt e s t s ，c o n f i n i n gp r e s s u r ea n dh y d r a u l i cp e r m e a b i l i t y ；t e m p e r a t u r ec o n t r o ls y s t e mc a nc o n t r o lt h et e m p e r a t u r eo fp r e s s u r ev e s s e l ；v o l u m em e a s u r e m e n ts y s t e mi n c l u d i n gt h ef l o w m e t e r , p r e s s u r es e n s o r p r e s s u r ec o n t r o l l e r , t e m p e r a t u r es e n s o r , t e m p e r a t u r ec o n t r o l l e r ；s u b s i d i a r ys y s t e m s ，i n c l u d i n gg a ss o u r c e ，t h en e c e s s a r yp i p e l i n ev a l v e s ，e t c ；t h ed e v i c ei so n ei n n o v a t i o no ft h i sa r t i c l e ，t h e r ei sc u r r e n t l yn os i m i l a ri m p l e m e n t a t i o nf u n c t i o nt e s td e v i c e ( 3 ) g r o u t i n gc u r t a i nd u r a b i l i t yt e s tp r o g r a md e s i g nt h em a i np u r p o s eo ft h ep i l o tb yc o n t r o l l i n gt h ee x p e r i m e n t a lc o n d i t i o n s ，a c c e s st ot h ei m p a c to ff a c t o r so nt h ed u r a b i l i t yo ft h ee f f e c t so fg r o u t i n gc u r t a i nf o rt h ef o l l o w - u pd u r a b i l i t ye v a l u a t i o nm o d e ls e tu pt op r o v i d er a wd a t a d e s i g n e df o rt h et h r e et y p e so ft e s ts p e c i m e n ：t h es p e c i m e na tt h es c e n e ，b o d ys p e c i m e ng r o u t i n g ，g r o u t i n gl a m i n a t e ds p e c i m e n ；a n a l y s i sm e t h o db a s e do no r t h o g o n a l ，r e s p e c t i v e l y , t oc h a n g et h eo s m o t i cp r e s s u r e ，i o nc o n c e n t r a t i o n ，t e m p e r a t u r ea n df l o wc o n d i t i o n st os t u d yt h ed i f f e r e n tf a c t o r so nt h et h ea b o v e m e n t i o n e dt h r e et y p e so fp e r m e a b i l i t yp r o p e r t i e so ft h es a m p l e ，w h i c hr e f l e c t st h ev a r i o u sf a c t o r so nt h ed u r a b i l i t yo ft h ee f f e c t so fg r o u t i n gc u r t a i n t h ep i l o tp r o g r a mi sd e s i g n e dt ob ey e ta n o t h e ri n n o v a t i o ni n t h i sa r t i c l e ，b ea b l et ot a k ei n t oa c c o u n tt h ea c t u a lw o r k so fv a r i o u sf a c t o r so nt h ed u r a b i l i t yo ft h ee f f e c t so fg r o u t i n gc u r t a i n ( 4 ) b a s e do nb pn e u r a ln e t w o r kt oa n a l y s eg r o u t i n gc u r t a i nd u r a b i l i t ye v a l u a t i o nm o d e lt h r o u g ht h ee x p e r i m e n t a ld a t a ，b pn e u r a ln e t w o r kc a nm a k eu s eo fm a t h e m a t i c a lt o o l st oo r g a n i z eo nt h et e s td a t aa n a l y s i s ，s e tu pa b o u tt h ed u r a b i l i t yo ft h eg r o u t i n gc u r t a i ne v a l u a t i o na n dp r e d i c t i o nm o d e l s m o d e lo fi n p u tl a y e ra r ea sf o l l o w s ：i m p o r tw a t e rp r e s s u r ep 1 ，i o nc o n c e n t r a t i o n ( s 0 4 冬，c 0 3 二，o rc a 2 + ) ，t e m p e r a t u r eta n dt h ef l o wq ，t h eo u t p u tl a y e rf o rt h ep e r m e a b i l i t yc o e f f i c i e n tkt h eu s eo ft r a n s f e rc o e f f i c i e n to nt h en u m b e ro fs f u n c t i o n ，t h r o u g hr e p e a t e dt r a i n i n gs a m p l ed a t am a yb el i m i t e dt op l a t o o ns e tu pa n t i p r e s s u r et u n n e lg r o u t i n gc u r t a i nd u r a b i l i t ye v a l u a t i o nm o d e l ，w i t hav i e wt op r o v i d i n gs i m i l a rs e r v i c e s i va b s t r a c tk e yw o r d s ：a n t i - p r e s s u r et u n n e l ，g r o u t i n gc u r t a i n ，d u r a b i l i t y , i n f l u e n c i n gf a c t o r s ，t h ee v a l u a t i o nm o d e l sv学位论文版权使用授权书本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的e ；p , b i j 本和电子版本；学校有权保存学位论文的e ；p , f 6j j 本和电子版，并采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。学位论文作者签名：淞力雷刁年弓月佃经指导教师同意，本学位论文属于保密，在年解密后适用本授权书。指导教师签名：学位论文作者签名：年月日年月日同济大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。学位论文作者签名：璇金加秒罗年弓月肜日第1 章绪论1 1 选题依据与研究意义第1 章绪论目前我国正在大量修建山岭隧道，对许多山岭隧道而言，隧道时刻处于高压地下水包围之中，隧道的渗漏、变形，洞顶地表的塌陷，施工期间的突水、突泥，都与地下水有关，而且水压越高，危害越大。高压地下水是山岭隧道设计施工中需要解决的关键问题之一。目前，处理高压地下水的主要方式是采用围岩预注浆或帷幕注浆的方法，先在围岩注浆范围内形成一个承载圈，用于加固围岩、抵抗外水压力和减少渗漏水量，之后开挖隧道，采用初衬加固松弛和变形的围岩，采用二衬来进行防护并抵抗部分围岩压力和外水压力。对于隧道注浆帷幕，除了承受围岩压力、地下水压力以外，同时还要受到化学物质的侵蚀，地处高寒地区的隧道往往还要考虑温度对注浆帷幕的影响。因此要求注浆帷幕应具有足够的强度、耐久性、抗渗性、耐腐蚀性和抗冻性等n 1 。现阶段对于隧道耐久性的研究，主要针对隧道钢筋凝土结构结构展开。混凝土结构耐久性是指混凝土结构及其构件在可遇见的工作环境及材料内部因素作用下，在预期使用年限内抵抗大气影响、化学侵蚀和其他劣化过程，而不需要花费大量资金维修加固，也能保持其安全性和适用性的功能乜 9 1 ；由于注浆帷幕的耐久性与材料本身的老化、劣化密切相关，且与隧道的排水条件、所处的围岩应力场和地下水渗流场、化学场的条件密不可分，同时影响隧道注浆帷幕耐久性的因素繁多、复杂，使得隧道耐久性的设计和评价难以定量化。目前，国内外在隧道耐久性研究方面只涉及了初衬，关于隧道注浆帷幕耐久性的研究尚未展开，相关研究亟待开展。本文以锦屏二级水电站工程为背景，依托于国家自然基金一雅砻江水电联合研究基金资助项目“四因素体系平衡机理及隧道( 洞) 抗水压作用研究”( 编号：5 0 5 7 9 0 9 7 ) ，确定了限排抗水压隧道注浆帷幕耐久性研究的选题，对高水压作用下限排隧道注浆帷幕的耐久性问题展开研究。第1 章绪论1 2 研究现状通过文献检索，未见高水压隧道注浆帷幕耐久性研究相关文献。与此研究领域最为接近的是隧道混凝土结构耐久性的研究，可看作复杂地质条件作用下的混凝土注浆材料耐久性问题，在混凝土结构耐久性研究领域：在1 9 9 1 年召开的第二届混凝土耐久性国际学术会议上，m e h t a 教授在题为混凝土耐久性一一五十年进展的主题报告中指出：“当今世界发生混凝土破坏的原因，按重要性排列分别为：钢筋锈蚀、寒冷气候下的冻害和侵蚀环境的物理化学作用。文献1 0 指出n0 ，目前国内外对于混凝土结构耐久性的研究主要集中在由氯离子引起的钢筋锈蚀、碳化引起的钢筋锈蚀、碱集料反应、化学侵蚀、冻融等方面；刘加华等研究认为1 混凝土的耐久性包括：大气对混凝土的腐蚀作用( 如温度、干湿、冻融及碳化) 、渗透水对混凝土的腐蚀作用、碱骨料反应的作用、环境水侵蚀、磨损及钢筋混凝土结构中钢筋的锈蚀等；韩银全研究表明，隧道注浆帷幕的耐久性影响因素主要有：围岩地质条件，水系环境，既有隧道运营情况n 朗；杨林德等学者总结n3 。，混凝土衬砌耐久性的影响因素主要有：1 对于钢筋混凝土衬砌：( 1 ) 混凝土碳化的影响；( 2 ) 氯化物的影响。2 对于素混凝土隧道衬砌：素混凝土衬砌承载能力的下降主要由材料劣化引起。对这类结构，除冻害外，引起混凝土材料劣化的环境因素，主要是酸类、盐类及软水等的腐蚀。黄慷等认为影响地下结构耐久性的因素既有可能来自内部空气环境，又有可能来自外部土壤环境的侵蚀性n 引；赵勇等认为，在高速铁路隧道中，复合式衬砌结构的耐久性应考虑环境因素的影响n 引。周俊龙等学者总结出混凝土劣化的机理以及影响因素u 引，混凝土劣化的主要原因是因为受到山体中地下水的侵蚀，主要侵蚀物有硫酸盐、氯盐和镁盐，侵蚀的机理包括：软水溶析，硫酸盐侵蚀，氯盐侵蚀，镁盐侵蚀；邢林生n 7 1 提出通过分析坝基的析出物形式来判断坝基帷幕的耐久性，主要方法有：对比分析、量化分析、粒度分析、综合分析等；马晓辉从水化学的角度论述了大坝帷幕在渗漏中产生化学侵蚀；盛东劲n 踟认为引起隧洞发生混凝土腐蚀变质的主要原因是环境水对混凝土产生了硫酸盐及碳酸水侵蚀；王建秀n 钔等学者认为，可将地下水对隧道结构的侵蚀分为以下三个方面：( 1 ) 分解型腐蚀；( 2 ) 结晶型腐蚀；( 3 ) 分解结晶复合型腐蚀。如谌会芹1 2 0 j 的评价指标主要是：s 0 4 2 、m 9 2 + 、n h 4 + 、o h 、侵蚀性c 0 2 、h c 0 3 、c i 、n 0 3 。、总矿化度、p h 值等方面；刘再华【2 1j 的评价指标主要包括：k + 、n a + 、c a 2 + 、2第1 章绪论m 9 2 + 、c i 、s 0 4 2 。、h c 0 3 。、电导率、s i c 、c 0 2 分压、p h 值、水温( ) 等方面；王建秀n 卅等的评价指标包括：n a + 、c a 2 + 、m 9 2 + 、h c 魄一、c 1 一、s 0 4 p 、t d s 、p h值等；翟立群【2 2 】等的评价指标包括：p h 值、总硬度、侵蚀性c 0 2 、k + + n a + 、c a 2 + 、m 9 2 + 、s 0 4 玉、h c 0 3 、c 0 3 2 - 等方面；王树清等认为，由于隧道工程地质条件及隧道结构的差异，防水设计条件均不相同，需针对不同的防水材料和断面形状来研究注浆帷幕的耐久性呦3 ；张继勋等认为1 ，可通过研究隧道渗流场的情况来分析注浆帷幕的在化学渗流场作用下的耐久性；对于结构整体耐久性失效风险系数及分级，王卓甫认为瞳司可采用层次分析法( a h p ) 。混凝土耐久性评估可分为：( 1 ) 基本情况判定；( 2 ) 碳化寿命初步评估。其中对于基本情况的判定主要包含以下四个方面：( a ) 调查现场混凝土保护层的厚度，并结合工程实际，将它作为评估混凝土耐久性的一个重要因素。( b ) 采用空气渗透试验对现场混凝土密实性进行评定，并作为后序施工的参考。( c ) 对回水后的混凝土结构进行分析( 包括裂缝、渗水情况统计、气体渗透系数测定) 找出施工中影响混凝土耐久性的主要因素。( d ) 结合这些影响因素，在原有碳化数学模型的基础上，结合国内最新的研究成果，对模型进行进一步的修正。综上所述，国内外对于隧道注浆帷幕的耐久性研究尚未起步，应从基本影响因素分析入手，通过设计相应的试验装置和标准实验，然后采用数学模型，确定各影响因素对耐久性影响的权重，利用数学工具建立注浆帷幕耐久性评价模型。1 3 技术路线及研究内容1 3 1 技术路线本文主要采用以下研究手段：现场调研、因素分析、室内试验装置设计、标准试验设计、评价模型选择等。室内试验设计：设计试验装置，通过模拟现场工程条件，在轴压、围压、水压力、化学物质、温度的综合作用下，研究各因素对注浆帷幕耐久性的影响。数学工具建模：通过对试验数据进行分析，建立隧道注浆帷幕耐久性评价模型。相应的技术路线见图1 1 ：3第1 章绪论1 3 2 研究内容图1 1 技术路线图( 1 ) 注浆帷幕耐久性影响因素全分析基于隧道结构耐久性、混凝土耐久性和大坝帷幕耐久性的研究现状与成果，确定了限排抗水压隧道注浆帷幕耐久性的影响因素，并以此建立了注浆帷幕耐久性主要影响因素体系。( 2 ) 注浆帷幕耐久性试验装置研制研制了一套同时考虑轴压、围压、渗透水压、水化学、温度共同作用下，注浆帷幕耐久性的试验装置，装置由试样容器、加载系统、温控系统、量测系统以及附属系统组成。该装置是本文的创新点之一，目前还未见有实现类似功能的试验装置。( 3 ) 注浆帷幕耐久性试验方案设计设计了针对三类试样的试验：现场试样、注浆体试样、注浆胶合试样；基4第1 章绪论于正交分析方法，分别改变渗透水压、离子浓度、温度条件及流量，研究不同因素对上述三类试样渗透性能的影响，据此反映各因素对注浆帷幕耐久性的影响。该试验方案的设计是本文的又一创新，能够考虑实际工程中的各因素对注浆帷幕耐久性的影响。( 4 ) 基于b p 神经网络的注浆帷幕耐久性评价模型的建立通过试验数据，可利用b p 神经网络数学工具对试验数据进行整理分析，建立关于注浆帷幕耐久性的评判和预测模型。模型输入层分别为：进口水压力p 1 、离子浓度( s 0 4 厶、c 0 3 2 - 或c a 2 + ) 、温度t 以及流量q ，输出层为渗透系数k ，传递系数采用对数s 型函数，经过反复训练样本数据，可建立限排抗水压隧道注浆帷幕耐久性的评价模型，以期为类似工程服务。5笫2 # w mo u 杜m a l u ”水i m i 程* 第2 章锦屏水电枢纽二级电站水工隧洞工程背景锦屏绂水电站交通辅助洞和引水隧洞贯穿锦屏山，具有埋深大、洞线长、洞径大的特点，是锦屏二绒水电站楸纽最重要的组成部分。根据前期的试验探洞资料分析，在隧制施工过程中，可能遇到的工程地质问题有：涌突水、强剧烈岩爆和其他地质灾害等，其中，高地应力和高地下水是影响引水隧洞围岩稳定性和衬砌结构安伞性的t 要冈索，而这此水洞隧洞均采用) _ = 浆加固幽柬抵抗外水压力，司时由于注浆工艺所限，在不能实现完全堵水时，需要排放部分水量，凼而注浆帷幕上作于高压动水及其水文地球化学环境中。21 工程概述雅磐江位于四j i l 西部，系金沙江第一大支流，河流全长i 5 7 0 k m ，流域面积136 万k m ( 见图21 ) 。雅者江水量中沛、落差巨大而集中，干流天然落差4 4 2 0 m ，河口多年平均流量2 0 2 0 m 1 s ，年径流量6 3 7 亿m 水能资源理论蕴藏量3 8 1 6 万k w ，披术一，r 发容量3 5 4 7 万k w ，其中两河lj 以下至t i 口是我国能源发展规划的卜二大水电基地之一，技术町，r 笈装机容量2 6 1 6 打k 水能资源j 雅砻江流域可丌发量的7 38 。蚓2 1 雅砻江地理位置鲥第2 章绵# 斌也抠目= 船电站承t 麟婀t 醒背罱锦屏二级水电站位十四j i 省凉山彝族自治。r 木罩、盐源、冕宁三县变界处的雅砻汀干流锦屏大河湾卜，是雅砻江l 计划兴建的一座以发电为，r 发目的的超大型引水式地下电站，是两电东送的哥干电站之一( 圈22 ) 1 2 9 1 。斟2 2l 榉地理| 1 奇_ 置剖水工程的芙键技术之就是交通辅助洞和4 条长约1 66 7 k m 、歼挖洞径1 3 m 、最大埋深约2 5 2 5 m 的深埋长隧洞( 崮23 t “i ) 的设计和施上。辅助洞( 图24 1 “i ) 由两条平行的长约1 75 k m 的单车道隧道组成成洞断面宽55 60 m ，净高45 50 m 。两孔隧道位于拟建的锦屏二级水电站四条引水隧洞的南侧，中心距3 5 m 。洞线下行丁引水隧洞，洞轴线方向n 5 8 。w ，距离引水隧洞轴线的最小距离为6 0 m 。辅助洞纵坡采用“人”宁坡句置最大纵坡为2 5 最小纵坡为2 。辅助洞内每隔5 0 0 8 0 0 m 布设一横通道。第2 章锦屏水电枢纽二级电站水工隧洞工程背景斗+ 卜+ 十f一_ 一_引水谰者师交通涧剖面o剑剑图2 3 隧道纵剖面图及衬砌结构图图2 4a 、b 辅助洞断面示意图四条平行布置横穿跨越锦屏山的引水隧洞，从进水口至上游调压室的平均洞线长度约1 6 6 7 k m ，中心距6 0 m ，洞主轴线方位角为n 5 8 。w ，引水隧洞立面为缓坡布置，底坡3 6 5 ，由进口底板高程1 6 1 8 0 0 m 降至高程1 5 6 4 7 0 m 与上游调压室相接。引水隧洞单洞( 两台机组) 最大引用流量为4 6 5 m 3 s ，钢筋混凝土衬砌洞径1 1 8 m ，马蹄形断面，流速4 1 l m s 。喷锚支护段洞径1 2 6 m ，马蹄形断面，底板8 0 0 范围内采用混凝土衬砌，流速3 7 7 1 1 1 s 。引水隧洞全线埋深较大，一般埋深为1 5 0 0 2 0 0 0 m ，最大埋深约达2 5 2 5 m ，9第2 章锦屏水电枢纽二级电站水1 = 隧洞工程背景受地形条件的限制，其问没有条件布置施工支洞。目前两条辅助洞布置在引水隧洞南侧，平行与引水隧洞，与隧洞间距6 5 m ，辅助洞纵坡为自流排水的“人字坡，其西端进口高程1 6 5 7 m ，东端出口高程1 5 5 7 8 9 6 m ，中间最高点高程1 6 7 6 7 5 m 。在5 k m 长探洞施工和辅助洞施工过程中，曾发生涌水现象，探洞单点最大涌水量达4 9 1 m 3 s ，稳定流量2 - - 一3 m 3 s ；长探洞封堵后最大水压力达1 0 2 2 m p a ；长探洞埋深1 8 4 3 m 处实测最大主应力值达4 2 1 1 m p a 。由于探洞未深入至最大埋深处，预计最大埋深处的外水压力和最大主应力值将更大、涌水问题更突出。如此高外水压力作用下的深埋隧洞的建设国内外水电建设中尚无先例，这给引水隧洞的设计和施工提出了巨大挑战。通过总体分析背景工程的工程地质条件、水文地质条件等方面因素，结合该工程的实际情况，分析注浆帷幕耐久性的主要影响因素，为后续的研究奠定基础。2 2 工程地质条件锦屏二级水电站地处青藏高原向四川盆地过渡的地貌斜坡地带，锦屏山以近南北向展布于河湾范围内，山势雄厚，重峰叠嶂，沟谷深切，主体山峰高程4 0 0 0 m 以上，最高峰4 4 8 8 m ，最大高差达3 0 0 0 m 以上。工程区的地貌可以划分为高山区( 高程3 6 0 0 m 以上) 、中部山区( 高程2 0 0 0 3 6 0 0 m 以上) 、峡谷区地貌。2 2 1 地形地貌雅砻江是本区的干流水系，区内流向自洼里向北经景峰桥、淇木林后折向东，继又南折，经泸宁、里庄、大水沟、巴折等地而出区外，形成一向北凸出的大河弯。锦屏山以近南北向展布于河弯范围内，山势雄厚，重峰迭嶂，沟谷深切，峭壁陡立。主体山峰高程4 0 0 0 m 以上，最高峰4 4 8 8 m ，最大高差达3 0 0 0 m以上。工程区的地貌可以划分为高山区( 高程3 6 0 0 m 以上) 、中部山区( 高程2 0 0 0 3 6 0 0 m 以上) 、峡谷区地貌。区内山势展布与构造线基本一致，地表起伏大，高差悬殊，山高谷深坡陡，是工程区地形地貌的基本特点。1 0第2 章锦屏水电枢纽_ 二级电站水工隧洞工程背景2 2 2 地层岩性引水隧洞及交通辅助洞沿线所穿越的地层均为三迭系地层，即为t l 、t 2 v 、t 2 b 、黾、t 3 ；地层总体走向以n n e 向为主。现将各地层的岩性分述如下：( 1 ) 三迭系下统( t 1 )该地层主要位于工程区的西部，岩性复杂，由黑云母绿泥石片岩、变质中细砂岩夹薄层状大理岩、砾状或条带状大理岩等组成。( 2 ) 盐塘组( t 2 v )主要分布在东雅砻江沿岸地带，引水隧洞主要穿越以下三个岩组，即：1 ) t z y 4 - 由灰白、灰绿色条带状云母大理岩组成，局部夹厚0 3 - - - - , 1 5 m 灰白色白云质大理岩；该层在大水沟长探洞内共揭露二次，可见视厚度小于3 0 4 7 m 。2 ) t 2 y s ：下段为灰灰黑色大理岩、灰褐色条带状或角砾状中厚层大理岩，局部见有黑色含泥质灰岩；中段为粉红色大理岩，厚层状，大多为中粗粒结构；上段为灰白白色粗晶大理岩，厚层块状，微具臭味；层厚约1 0 0 0 m 。据大水沟长探洞揭露表明，本层岩相变化较大，岩性为灰黑黑色大理岩夹灰白色大理岩和泥质灰岩、灰白白色中厚层大理岩及白色臭大理岩夹灰黑色或条带状大理岩、角砾状夹条带状或黑色大理岩( 白色角砾大多具有臭味) 。各种岩性之间变化呈渐变过渡状态。3 ) t 2 y 6 灰灰黑色泥质灰岩央深灰色大理岩，泥质灰岩呈极薄层中厚层状，常见泥质条带与灰岩互层出现。据大水沟长探洞共揭露二次，视厚度为2 5 7 - 7 1 7 8 m ；泥质灰岩中见较多的片状云母条带及针片状矿物，黄铁矿晶体呈星点状分布其中；沿顺层挤压结构面常见石英脉或方解石脉充填，且岩体的完整性较差，局部呈弱强风化状。( 3 ) 白山组( t 2 b )主要分布在工程区的中部，结构致密、质纯。底部为杂色大理岩与结晶灰岩互层；中部为粉红色厚层状大理岩；上部为灰灰白色致密厚层块状臭大理岩。本层厚7 5 0 , - - 一2 2 7 0 m 。( 4 ) 杂谷脑组( 黾)主要分布在工程区的西部，碳酸盐岩以岩粒变化多、岩性杂为特征，由白灰白色纯大理岩偶夹绿片岩透镜体、薄层砂岩、云母片岩等。本层厚1 5 0 - - - 7 0 0 m 。第2 章锦屏水电枢纽二级电站水工隧洞工程背景( 5 ) 三迭系上统( t 3 )主要分布在主分水岭一带。岩性为砂岩和板岩，自下而上分为：t 3 l ：青灰色中厚层中细砂岩，以中层为主，夹薄层砂质板岩，厚约7 0 一- - 2 0 0 m 。t 3 2 ：黑色板岩夹少量深灰色细砂岩或粉砂岩、砂质板岩；层理清晰，厚约1 1 5 1 7 5 m 。t 3 3 ：青灰色厚层中粗粒砂岩含泥炭质碎片，偶夹板岩，层理发育，厚约5 0 - - - 2 7 5 m 。辅助洞的围岩均由三迭系( t ) 地层组成，岩性主要为碳酸盐岩及少量砂岩、板岩、绿泥石片岩。其中绿泥石片岩、细砂岩、中砂岩、板岩分布于辅助洞西段，其岩石完整性差；碳酸盐岩有大理岩、角砾状大理岩、条带状云母大理岩、结晶灰岩、泥质灰岩。除泥质灰岩外，大多为厚层状，岩石较新鲜完整。其中白山组厚层块状白色臭大理岩在洞线上分布长度约8 6 0 0 m ，碳酸盐岩类岩石在整个洞线上约占9 0 。2 2 3 地质构造引水隧洞所穿过的主要断层有：f 5 断层( 拉纱沟一碗水断层) 、f 6 断层( 锦屏山断层) 、f 2 7 断层、f 2 8 断层。工程区内断层属非活动断层，不会因断层分布而危及引水隧洞的安全。( 1 ) 褶皱西雅砻江至f 6 断层( 锦屏山断层) 间：共发育两个背斜和两个向斜构造，靠近西雅砻江的背斜为陆房沟背斜的北延部分，向斜为解放沟复型向斜的北延，其间发育小规模层间褶皱。轴面直立，向西倒转，两翼陡倾；f 6 断层与白山组地层之间：以三迭系上统砂岩、板岩为核部的复型向斜，次一级褶皱极为发育，由于断层影响，两翼地层不对称，东翼被f 5 断层所切。f 5 断层以东的复式背斜两翼由白山组地层组成，其中层间褶皱较发育，地层较陡。东部盐塘组地层内共发育6 个小规模褶皱及一系列的紧密褶曲。由于受区域构造的影响，在辅助洞区内形成一系列较为紧密的复式褶皱，根据地层的分布情况，引水线路的褶皱自西向东依次可分为：西部的褶皱为陆房沟背斜、解放沟向斜的北延；中部为老庄子复式背斜的北延部分，两翼由白山组( t 2 b ) 地层的粉红色大理岩和白色臭大理岩组成。东部在盐塘组( t 2 v ) 地层内发育6 个小规模褶皱及一系列的紧密褶曲。1 2第2 章锦屏水电枢纽二级电站水工隧洞工程背景( 2 ) 断层区内断层构造按其形迹和展布方位分为四个构造组( 图2 5 【2 9 】) ：n n e 向、n n w 向、n e - n e e 向、n w - n w w 向( 均以陡倾角为主) 。其中以n n e 向和近e w 向较为发育，组成了本区的构造骨架，而纵张断层和横张断层、节理切割带则常为地下水活动通道，也为地下水富集地带。引水隧洞所穿过的主要断层有：f 5 断层( 拉纱沟一碗水断层) 、f 6 断层( 锦屏山断层) f 2 7 断层、f 2 8 断层。工程区内断层属非活动断层，不会因断层分布而危及引水隧洞的安全。一f 科叭辩基磊1缛；落水洞背斜解放沟复型向斜l 大堂沟向斜2 陆房沟背斜b 羊房沟倒转背斜4 一碗水向斜老庄子复型背斜养猪场复型向斜l 庄子向斜2 西牦牛山背斜。和尚堡子倒转背斜足木背斜马凼向斜大水沟复型背斜漫桥沟复型背斜阿角堡子向斜n 再1 j t图2 5 锦屏1 二程区构造纲要图1 3第2 章锦屏水电枢纽二级电站水工隧洞工程背景1 ) f 6 断层( 锦屏山断层) ：产状n 2 0 。- - 5 0 。e ，n w 或s e 么6 0 。- - 8 7 。，断层带宽1 , - - - 4 2 m ，破碎带宽6 - 3 7 m ，发育泥化带、角砾岩带及劈理带。f 6 断层在辅助洞内出露桩号分别：a 洞左壁为a k 2 + 7 4 4 - - a k 2 + 7 4 8 m ，右壁为a k 2 + 7 4 4 一a k 2 + 7 4 7 m ，b 洞左壁为b k 2 + 7 7 1 一b k 2 + 7 7 3 m ，右壁为b k 2 + 7 6 8 4 一b 怼+ 7 7 0 m ；其整体产状为n 4 5 。en w 么8 0 8 5 。，主带宽1 6 4 m ，影响带宽2 1 4 m ，为压扭性断层，具有相对隔水性质。断层上盘由于n 6 5 - 8 0 。w 向构造影响，其影响带宽度达1 0 0 m 以上。断层主带内岩性为灰绿色砂岩、大理岩，呈全强风化状，面绢云母化，岩性软弱，带内主要充填有断层泥、全风化岩、挤压片岩、岩屑等，断层泥可见宽0 2 - - - 0 6 m ；影响带岩体破碎，为碎裂岩，铁锰质浸染严重。2 ) f 5 断层( 拉纱沟一碗水断层) ：产状为n 1 0 3 0 。en w 么7 0 。，主带断层内见有一定宽度的角砾岩，影响带宽5 - - 1 0 m 左右，且岩石呈片理化和千枚岩化。3 ) f 2 7 断层：位于干海子中部，走向n 3 0 - - 4 0 。wn e e 8 0 。，挤压破碎，干海子地区唯一分布的小泉也分布在该断层带附近。4 ) f 2 8 断层：n 2 0 。es e 么7 0 。，主带宽1 - - 2 m ，挤压呈片状岩。5 k m 长探洞揭露的断层1 8 7 条，辅助洞东、西两端各至3 k m 左右分别揭露断层5 5 条、4 0 条，共9 5 条。宽度一般均小于0 5 m ，最宽为3 一5 m ，按其走向可划分为：近南北向组、n e 向组、n w 向组和n w w - n e e 向组；在t 2 y 4 地层中多见沿白云质大理岩带发育的顺层挤压带( 3 ) 裂隙区内节理因构造部位和岩性不同而异，总体而言，以n n e 向的顺层节理和近e w 向( m v w 和n e e ) i 句的张扭性节理最为发育，前者多呈闭合状，后者多呈张开。据地面裂隙调查及长探洞辅助洞内的裂隙统计结果表明，区内主要发育有以下几组裂隙：1 ) n 5 - - 3 0 。w ，s w 或n e 么3 0 - - 7 5 。，节理密集，面光滑，常与构造线平行；2 ) n 6 0 - - 8 0