摘要摘要抗水壓隧道往往位于高水壓地區(qū)，地下水水壓有時(shí)會(huì)高達(dá)數(shù)個(gè)兆帕到十幾個(gè)兆帕，嚴(yán)重威脅隧道設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營。對于抗水壓隧道，常采用對圍巖進(jìn)行預(yù)注漿，依靠漿液和圍巖聯(lián)合作用形成注漿帷幕來抵抗大部分水壓力，由于影響注漿帷幕的因素較多，注漿帷幕在使用年限內(nèi)的防水效果將直接影響隧道結(jié)構(gòu)的安全，因此有必要對注漿帷幕耐久性進(jìn)行研究。目前對于隧道工程耐久性問題，主要集中在隧道結(jié)構(gòu)以及混凝土結(jié)構(gòu)耐久性研究方面，而對注漿帷幕耐久性的研究較少。本文以雅礱江錦屏二級水電站引水洞及交通輔助洞為工程背景，通過現(xiàn)場調(diào)研、分析耐久性影響因素、研制試驗(yàn)裝置、設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案、采用b p 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具等手段建立注漿帷幕耐久性評價(jià)模型，主要工作如下：( 1 ) 注漿帷幕耐久性影響因素全分析基于隧道結(jié)構(gòu)耐久性、混凝土耐久性和大壩帷幕耐久性的研究現(xiàn)狀與成果，通過工程現(xiàn)場調(diào)研，確定了限排抗水壓隧道注漿帷幕耐久性的影響因素：斷裂構(gòu)造、巖體工程地質(zhì)特性、注漿材料及注漿工藝、地下水，并以此建立了注漿帷幕耐久性主要影響因素體系。( 2 ) 注漿帷幕耐久性試驗(yàn)裝置研制研制了一套同時(shí)考慮軸壓、圍壓、滲透水壓、水化學(xué)、溫度共同作用下，注漿帷幕耐久性的試驗(yàn)裝置，裝置由試樣容器、加載系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)、量測系統(tǒng)以及附屬系統(tǒng)組成：試樣容器為對試件進(jìn)行耐久性試驗(yàn)的壓力容器；加載系統(tǒng)可對試驗(yàn)施加軸壓、圍壓與滲透水壓；溫控系統(tǒng)可對壓力容器溫度進(jìn)行控制；量測系統(tǒng)包括流量計(jì)、壓力傳感器、壓力控制器、溫度傳感器、溫度控制器；附屬系統(tǒng)包括氣源、必要的閥門管道等；該裝置是本文的創(chuàng)新點(diǎn)之一，目前還未見有實(shí)現(xiàn)類似功能的試驗(yàn)裝置。( 3 ) 注漿帷幕耐久性試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)試驗(yàn)?zāi)康闹饕ㄟ^控制試驗(yàn)條件，獲取各影響因素對注漿帷幕耐久性的影響，為后續(xù)建立耐久性評價(jià)模型提供原始數(shù)據(jù)。設(shè)計(jì)了針對三類試樣的試驗(yàn)：現(xiàn)場試樣、注漿體試樣、注漿膠合試樣；基于正交分析方法，分別改變滲透水摘要壓、離子濃度、溫度條件及流量，研究不同因素對上述三類試樣滲透性能的影響，據(jù)此反映各因素對注漿帷幕耐久性的影響。該試驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)是本文的又一創(chuàng)新，能夠考慮實(shí)際工程中的各因素對注漿帷幕耐久性的影響。( 4 ) 基于b p 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的注漿帷幕耐久性評價(jià)模型的建立通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)，可利用b p 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)學(xué)工具對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析，建立關(guān)于注漿帷幕耐久性的評判和預(yù)測模型。模型輸入層分別為：進(jìn)口水壓力p 1 、離子濃度( s 0 4 易、c 0 3 2 - 或c a 2 + ) 、溫度t 以及流量q ，輸出層為滲透系數(shù)k ，傳遞系數(shù)采用對數(shù)s 型函數(shù)，經(jīng)過反復(fù)訓(xùn)練樣本數(shù)據(jù)，可建立限排抗水壓隧道注漿帷幕耐久性的評價(jià)模型，以期為類似工程服務(wù)。關(guān)鍵詞：抗水壓隧道，注漿帷幕，耐久性，影響因素，評價(jià)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學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本人完全了解同濟(jì)大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意如下各項(xiàng)內(nèi)容：按照學(xué)校要求提交學(xué)位論文的e ；p , b i j 本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存學(xué)位論文的e ；p , f 6j j 本和電子版，并采用影印、縮印、掃描、數(shù)字化或其它手段保存論文；學(xué)校有權(quán)提供目錄檢索以及提供本學(xué)位論文全文或者部分的閱覽服務(wù)；學(xué)校有權(quán)按有關(guān)規(guī)定向國家有關(guān)部門或者機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版；在不以贏利為目的的前提下，學(xué)?？梢赃m當(dāng)復(fù)制論文的部分或全部內(nèi)容用于學(xué)術(shù)活動(dòng)。學(xué)位論文作者簽名：淞力雷刁年弓月佃經(jīng)指導(dǎo)教師同意，本學(xué)位論文屬于保密，在年解密后適用本授權(quán)書。指導(dǎo)教師簽名：學(xué)位論文作者簽名：年月日年月日同濟(jì)大學(xué)學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下，進(jìn)行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本學(xué)位論文的研究成果不包含任何他人創(chuàng)作的、已公開發(fā)表或者沒有公開發(fā)表的作品的內(nèi)容。對本論文所涉及的研究工作做出貢獻(xiàn)的其他個(gè)人和集體，均己在文中以明確方式標(biāo)明。本學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明的法律責(zé)任由本人承擔(dān)。學(xué)位論文作者簽名：璇金加秒羅年弓月肜日第1 章緒論1 1 選題依據(jù)與研究意義第1 章緒論目前我國正在大量修建山嶺隧道，對許多山嶺隧道而言，隧道時(shí)刻處于高壓地下水包圍之中，隧道的滲漏、變形，洞頂?shù)乇淼乃?，施工期間的突水、突泥，都與地下水有關(guān)，而且水壓越高，危害越大。高壓地下水是山嶺隧道設(shè)計(jì)施工中需要解決的關(guān)鍵問題之一。目前，處理高壓地下水的主要方式是采用圍巖預(yù)注漿或帷幕注漿的方法，先在圍巖注漿范圍內(nèi)形成一個(gè)承載圈，用于加固圍巖、抵抗外水壓力和減少滲漏水量，之后開挖隧道，采用初襯加固松弛和變形的圍巖，采用二襯來進(jìn)行防護(hù)并抵抗部分圍巖壓力和外水壓力。對于隧道注漿帷幕，除了承受圍巖壓力、地下水壓力以外，同時(shí)還要受到化學(xué)物質(zhì)的侵蝕，地處高寒地區(qū)的隧道往往還要考慮溫度對注漿帷幕的影響。因此要求注漿帷幕應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度、耐久性、抗?jié)B性、耐腐蝕性和抗凍性等n 1 。現(xiàn)階段對于隧道耐久性的研究，主要針對隧道鋼筋凝土結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)展開?；炷两Y(jié)構(gòu)耐久性是指混凝土結(jié)構(gòu)及其構(gòu)件在可遇見的工作環(huán)境及材料內(nèi)部因素作用下，在預(yù)期使用年限內(nèi)抵抗大氣影響、化學(xué)侵蝕和其他劣化過程，而不需要花費(fèi)大量資金維修加固，也能保持其安全性和適用性的功能乜 9 1 ；由于注漿帷幕的耐久性與材料本身的老化、劣化密切相關(guān)，且與隧道的排水條件、所處的圍巖應(yīng)力場和地下水滲流場、化學(xué)場的條件密不可分，同時(shí)影響隧道注漿帷幕耐久性的因素繁多、復(fù)雜，使得隧道耐久性的設(shè)計(jì)和評價(jià)難以定量化。目前，國內(nèi)外在隧道耐久性研究方面只涉及了初襯，關(guān)于隧道注漿帷幕耐久性的研究尚未展開，相關(guān)研究亟待開展。本文以錦屏二級水電站工程為背景，依托于國家自然基金一雅礱江水電聯(lián)合研究基金資助項(xiàng)目“四因素體系平衡機(jī)理及隧道( 洞) 抗水壓作用研究”( 編號：5 0 5 7 9 0 9 7 ) ，確定了限排抗水壓隧道注漿帷幕耐久性研究的選題，對高水壓作用下限排隧道注漿帷幕的耐久性問題展開研究。第1 章緒論1 2 研究現(xiàn)狀通過文獻(xiàn)檢索，未見高水壓隧道注漿帷幕耐久性研究相關(guān)文獻(xiàn)。與此研究領(lǐng)域最為接近的是隧道混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的研究，可看作復(fù)雜地質(zhì)條件作用下的混凝土注漿材料耐久性問題，在混凝土結(jié)構(gòu)耐久性研究領(lǐng)域：在1 9 9 1 年召開的第二屆混凝土耐久性國際學(xué)術(shù)會(huì)議上，m e h t a 教授在題為混凝土耐久性一一五十年進(jìn)展的主題報(bào)告中指出：“當(dāng)今世界發(fā)生混凝土破壞的原因，按重要性排列分別為：鋼筋銹蝕、寒冷氣候下的凍害和侵蝕環(huán)境的物理化學(xué)作用。文獻(xiàn)1 0 指出n0 ，目前國內(nèi)外對于混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的研究主要集中在由氯離子引起的鋼筋銹蝕、碳化引起的鋼筋銹蝕、堿集料反應(yīng)、化學(xué)侵蝕、凍融等方面；劉加華等研究認(rèn)為1 混凝土的耐久性包括：大氣對混凝土的腐蝕作用( 如溫度、干濕、凍融及碳化) 、滲透水對混凝土的腐蝕作用、堿骨料反應(yīng)的作用、環(huán)境水侵蝕、磨損及鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋的銹蝕等；韓銀全研究表明，隧道注漿帷幕的耐久性影響因素主要有：圍巖地質(zhì)條件，水系環(huán)境，既有隧道運(yùn)營情況n 朗；楊林德等學(xué)者總結(jié)n3 。，混凝土襯砌耐久性的影響因素主要有：1 對于鋼筋混凝土襯砌：( 1 ) 混凝土碳化的影響；( 2 ) 氯化物的影響。2 對于素混凝土隧道襯砌：素混凝土襯砌承載能力的下降主要由材料劣化引起。對這類結(jié)構(gòu)，除凍害外，引起混凝土材料劣化的環(huán)境因素，主要是酸類、鹽類及軟水等的腐蝕。黃慷等認(rèn)為影響地下結(jié)構(gòu)耐久性的因素既有可能來自內(nèi)部空氣環(huán)境，又有可能來自外部土壤環(huán)境的侵蝕性n 引；趙勇等認(rèn)為，在高速鐵路隧道中，復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)的耐久性應(yīng)考慮環(huán)境因素的影響n 引。周俊龍等學(xué)者總結(jié)出混凝土劣化的機(jī)理以及影響因素u 引，混凝土劣化的主要原因是因?yàn)槭艿缴襟w中地下水的侵蝕，主要侵蝕物有硫酸鹽、氯鹽和鎂鹽，侵蝕的機(jī)理包括：軟水溶析，硫酸鹽侵蝕，氯鹽侵蝕，鎂鹽侵蝕；邢林生n 7 1 提出通過分析壩基的析出物形式來判斷壩基帷幕的耐久性，主要方法有：對比分析、量化分析、粒度分析、綜合分析等；馬曉輝從水化學(xué)的角度論述了大壩帷幕在滲漏中產(chǎn)生化學(xué)侵蝕；盛東勁n 踟認(rèn)為引起隧洞發(fā)生混凝土腐蝕變質(zhì)的主要原因是環(huán)境水對混凝土產(chǎn)生了硫酸鹽及碳酸水侵蝕；王建秀n 鍆等學(xué)者認(rèn)為，可將地下水對隧道結(jié)構(gòu)的侵蝕分為以下三個(gè)方面：( 1 ) 分解型腐蝕；( 2 ) 結(jié)晶型腐蝕；( 3 ) 分解結(jié)晶復(fù)合型腐蝕。如諶會(huì)芹1 2 0 j 的評價(jià)指標(biāo)主要是：s 0 4 2 、m 9 2 + 、n h 4 + 、o h 、侵蝕性c 0 2 、h c 0 3 、c i 、n 0 3 。、總礦化度、p h 值等方面；劉再華【2 1j 的評價(jià)指標(biāo)主要包括：k + 、n a + 、c a 2 + 、2第1 章緒論m 9 2 + 、c i 、s 0 4 2 。、h c 0 3 。、電導(dǎo)率、s i c 、c 0 2 分壓、p h 值、水溫( ) 等方面；王建秀n 卅等的評價(jià)指標(biāo)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 】等的評價(jià)指標(biāo)包括：p h 值、總硬度、侵蝕性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；王樹清等認(rèn)為，由于隧道工程地質(zhì)條件及隧道結(jié)構(gòu)的差異，防水設(shè)計(jì)條件均不相同，需針對不同的防水材料和斷面形狀來研究注漿帷幕的耐久性呦3 ；張繼勛等認(rèn)為1 ，可通過研究隧道滲流場的情況來分析注漿帷幕的在化學(xué)滲流場作用下的耐久性；對于結(jié)構(gòu)整體耐久性失效風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)及分級，王卓甫認(rèn)為瞳司可采用層次分析法( a h p ) ?；炷聊途眯栽u估可分為：( 1 ) 基本情況判定；( 2 ) 碳化壽命初步評估。其中對于基本情況的判定主要包含以下四個(gè)方面：( a ) 調(diào)查現(xiàn)場混凝土保護(hù)層的厚度，并結(jié)合工程實(shí)際，將它作為評估混凝土耐久性的一個(gè)重要因素。( b ) 采用空氣滲透試驗(yàn)對現(xiàn)場混凝土密實(shí)性進(jìn)行評定，并作為后序施工的參考。( c ) 對回水后的混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析( 包括裂縫、滲水情況統(tǒng)計(jì)、氣體滲透系數(shù)測定) 找出施工中影響混凝土耐久性的主要因素。( d ) 結(jié)合這些影響因素，在原有碳化數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，結(jié)合國內(nèi)最新的研究成果，對模型進(jìn)行進(jìn)一步的修正。綜上所述，國內(nèi)外對于隧道注漿帷幕的耐久性研究尚未起步，應(yīng)從基本影響因素分析入手，通過設(shè)計(jì)相應(yīng)的試驗(yàn)裝置和標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)，然后采用數(shù)學(xué)模型，確定各影響因素對耐久性影響的權(quán)重，利用數(shù)學(xué)工具建立注漿帷幕耐久性評價(jià)模型。1 3 技術(shù)路線及研究內(nèi)容1 3 1 技術(shù)路線本文主要采用以下研究手段：現(xiàn)場調(diào)研、因素分析、室內(nèi)試驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)設(shè)計(jì)、評價(jià)模型選擇等。室內(nèi)試驗(yàn)設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)試驗(yàn)裝置，通過模擬現(xiàn)場工程條件，在軸壓、圍壓、水壓力、化學(xué)物質(zhì)、溫度的綜合作用下，研究各因素對注漿帷幕耐久性的影響。數(shù)學(xué)工具建模：通過對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，建立隧道注漿帷幕耐久性評價(jià)模型。相應(yīng)的技術(shù)路線見圖1 1 ：3第1 章緒論1 3 2 研究內(nèi)容圖1 1 技術(shù)路線圖( 1 ) 注漿帷幕耐久性影響因素全分析基于隧道結(jié)構(gòu)耐久性、混凝土耐久性和大壩帷幕耐久性的研究現(xiàn)狀與成果，確定了限排抗水壓隧道注漿帷幕耐久性的影響因素，并以此建立了注漿帷幕耐久性主要影響因素體系。( 2 ) 注漿帷幕耐久性試驗(yàn)裝置研制研制了一套同時(shí)考慮軸壓、圍壓、滲透水壓、水化學(xué)、溫度共同作用下，注漿帷幕耐久性的試驗(yàn)裝置，裝置由試樣容器、加載系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)、量測系統(tǒng)以及附屬系統(tǒng)組成。該裝置是本文的創(chuàng)新點(diǎn)之一，目前還未見有實(shí)現(xiàn)類似功能的試驗(yàn)裝置。( 3 ) 注漿帷幕耐久性試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)了針對三類試樣的試驗(yàn)：現(xiàn)場試樣、注漿體試樣、注漿膠合試樣；基4第1 章緒論于正交分析方法，分別改變滲透水壓、離子濃度、溫度條件及流量，研究不同因素對上述三類試樣滲透性能的影響，據(jù)此反映各因素對注漿帷幕耐久性的影響。該試驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)是本文的又一創(chuàng)新，能夠考慮實(shí)際工程中的各因素對注漿帷幕耐久性的影響。( 4 ) 基于b p 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的注漿帷幕耐久性評價(jià)模型的建立通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)，可利用b p 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)學(xué)工具對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析，建立關(guān)于注漿帷幕耐久性的評判和預(yù)測模型。模型輸入層分別為：進(jìn)口水壓力p 1 、離子濃度( s 0 4 厶、c 0 3 2 - 或c a 2 + ) 、溫度t 以及流量q ，輸出層為滲透系數(shù)k ，傳遞系數(shù)采用對數(shù)s 型函數(shù)，經(jīng)過反復(fù)訓(xùn)練樣本數(shù)據(jù)，可建立限排抗水壓隧道注漿帷幕耐久性的評價(jià)模型，以期為類似工程服務(wù)。5笫2 # w mo u 杜m a l u ”水i m i 程* 第2 章錦屏水電樞紐二級電站水工隧洞工程背景錦屏紱水電站交通輔助洞和引水隧洞貫穿錦屏山，具有埋深大、洞線長、洞徑大的特點(diǎn)，是錦屏二絨水電站楸紐最重要的組成部分。根據(jù)前期的試驗(yàn)探洞資料分析，在隧制施工過程中，可能遇到的工程地質(zhì)問題有：涌突水、強(qiáng)劇烈?guī)r爆和其他地質(zhì)災(zāi)害等，其中，高地應(yīng)力和高地下水是影響引水隧洞圍巖穩(wěn)定性和襯砌結(jié)構(gòu)安傘性的t 要岡索，而這此水洞隧洞均采用) _ = 漿加固幽柬抵抗外水壓力，司時(shí)由于注漿工藝所限，在不能實(shí)現(xiàn)完全堵水時(shí)，需要排放部分水量，凼而注漿帷幕上作于高壓動(dòng)水及其水文地球化學(xué)環(huán)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，河流全長i 5 7 0 k m ，流域面積136 萬k m ( 見圖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 ，年徑流量6 3 7 億m 水能資源理論蘊(yùn)藏量3 8 1 6 萬k w ，披術(shù)一，r 發(fā)容量3 5 4 7 萬k w ，其中兩河lj 以下至t i 口是我國能源發(fā)展規(guī)劃的卜二大水電基地之一，技術(shù)町，r 笈裝機(jī)容量2 6 1 6 打k 水能資源j 雅礱江流域可丌發(fā)量的7 38 。蚓2 1 雅礱江地理位置鰣第2 章綿# 斌也摳目= 船電站承t 麟婀t 醒背罱錦屏二級水電站位十四j i 省涼山彝族自治。r 木罩、鹽源、冕寧三縣變界處的雅礱汀干流錦屏大河灣卜，是雅礱江l 計(jì)劃興建的一座以發(fā)電為，r 發(fā)目的的超大型引水式地下電站，是兩電東送的哥干電站之一( 圈22 ) 1 2 9 1 。斟2 2l 櫸地理| 1 奇_ 置剖水工程的芙鍵技術(shù)之就是交通輔助洞和4 條長約1 66 7 k m 、殲挖洞徑1 3 m 、最大埋深約2 5 2 5 m 的深埋長隧洞( 崮23 t “i ) 的設(shè)計(jì)和施上。輔助洞( 圖24 1 “i ) 由兩條平行的長約1 75 k m 的單車道隧道組成成洞斷面寬55 60 m ，凈高45 50 m 。兩孔隧道位于擬建的錦屏二級水電站四條引水隧洞的南側(cè)，中心距3 5 m 。洞線下行丁引水隧洞，洞軸線方向n 5 8 。w ，距離引水隧洞軸線的最小距離為6 0 m 。輔助洞縱坡采用“人”寧坡句置最大縱坡為2 5 最小縱坡為2 。輔助洞內(nèi)每隔5 0 0 8 0 0 m 布設(shè)一橫通道。第2 章錦屏水電樞紐二級電站水工隧洞工程背景斗+ 卜+ 十f一_ 一_引水讕者師交通澗剖面o劍劍圖2 3 隧道縱剖面圖及襯砌結(jié)構(gòu)圖圖2 4a 、b 輔助洞斷面示意圖四條平行布置橫穿跨越錦屏山的引水隧洞，從進(jìn)水口至上游調(diào)壓室的平均洞線長度約1 6 6 7 k m ，中心距6 0 m ，洞主軸線方位角為n 5 8 。w ，引水隧洞立面為緩坡布置，底坡3 6 5 ，由進(jìn)口底板高程1 6 1 8 0 0 m 降至高程1 5 6 4 7 0 m 與上游調(diào)壓室相接。引水隧洞單洞( 兩臺(tái)機(jī)組) 最大引用流量為4 6 5 m 3 s ，鋼筋混凝土襯砌洞徑1 1 8 m ，馬蹄形斷面，流速4 1 l m s 。噴錨支護(hù)段洞徑1 2 6 m ，馬蹄形斷面，底板8 0 0 范圍內(nèi)采用混凝土襯砌，流速3 7 7 1 1 1 s 。引水隧洞全線埋深較大，一般埋深為1 5 0 0 2 0 0 0 m ，最大埋深約達(dá)2 5 2 5 m ，9第2 章錦屏水電樞紐二級電站水1 = 隧洞工程背景受地形條件的限制，其問沒有條件布置施工支洞。目前兩條輔助洞布置在引水隧洞南側(cè)，平行與引水隧洞，與隧洞間距6 5 m ，輔助洞縱坡為自流排水的“人字坡，其西端進(jìn)口高程1 6 5 7 m ，東端出口高程1 5 5 7 8 9 6 m ，中間最高點(diǎn)高程1 6 7 6 7 5 m 。在5 k m 長探洞施工和輔助洞施工過程中，曾發(fā)生涌水現(xiàn)象，探洞單點(diǎn)最大涌水量達(dá)4 9 1 m 3 s ，穩(wěn)定流量2 - - 一3 m 3 s ；長探洞封堵后最大水壓力達(dá)1 0 2 2 m p a ；長探洞埋深1 8 4 3 m 處實(shí)測最大主應(yīng)力值達(dá)4 2 1 1 m p a 。由于探洞未深入至最大埋深處，預(yù)計(jì)最大埋深處的外水壓力和最大主應(yīng)力值將更大、涌水問題更突出。如此高外水壓力作用下的深埋隧洞的建設(shè)國內(nèi)外水電建設(shè)中尚無先例，這給引水隧洞的設(shè)計(jì)和施工提出了巨大挑戰(zhàn)。通過總體分析背景工程的工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件等方面因素，結(jié)合該工程的實(shí)際情況，分析注漿帷幕耐久性的主要影響因素，為后續(xù)的研究奠定基礎(chǔ)。2 2 工程地質(zhì)條件錦屏二級水電站地處青藏高原向四川盆地過渡的地貌斜坡地帶，錦屏山以近南北向展布于河灣范圍內(nèi)，山勢雄厚，重峰疊嶂，溝谷深切，主體山峰高程4 0 0 0 m 以上，最高峰4 4 8 8 m ，最大高差達(dá)3 0 0 0 m 以上。工程區(qū)的地貌可以劃分為高山區(qū)( 高程3 6 0 0 m 以上) 、中部山區(qū)( 高程2 0 0 0 3 6 0 0 m 以上) 、峽谷區(qū)地貌。2 2 1 地形地貌雅礱江是本區(qū)的干流水系，區(qū)內(nèi)流向自洼里向北經(jīng)景峰橋、淇木林后折向東，繼又南折，經(jīng)瀘寧、里莊、大水溝、巴折等地而出區(qū)外，形成一向北凸出的大河彎。錦屏山以近南北向展布于河彎范圍內(nèi)，山勢雄厚，重峰迭嶂，溝谷深切，峭壁陡立。主體山峰高程4 0 0 0 m 以上，最高峰4 4 8 8 m ，最大高差達(dá)3 0 0 0 m以上。工程區(qū)的地貌可以劃分為高山區(qū)( 高程3 6 0 0 m 以上) 、中部山區(qū)( 高程2 0 0 0 3 6 0 0 m 以上) 、峽谷區(qū)地貌。區(qū)內(nèi)山勢展布與構(gòu)造線基本一致，地表起伏大，高差懸殊，山高谷深坡陡，是工程區(qū)地形地貌的基本特點(diǎn)。1 0第2 章錦屏水電樞紐_ 二級電站水工隧洞工程背景2 2 2 地層巖性引水隧洞及交通輔助洞沿線所穿越的地層均為三迭系地層，即為t l 、t 2 v 、t 2 b 、黽、t 3 ；地層總體走向以n n e 向?yàn)橹鳌，F(xiàn)將各地層的巖性分述如下：( 1 ) 三迭系下統(tǒng)( t 1 )該地層主要位于工程區(qū)的西部，巖性復(fù)雜，由黑云母綠泥石片巖、變質(zhì)中細(xì)砂巖夾薄層狀大理巖、礫狀或條帶狀大理巖等組成。( 2 ) 鹽塘組( t 2 v )主要分布在東雅礱江沿岸地帶，引水隧洞主要穿越以下三個(gè)巖組，即：1 ) t z y 4 - 由灰白、灰綠色條帶狀云母大理巖組成，局部夾厚0 3 - - - - , 1 5 m 灰白色白云質(zhì)大理巖；該層在大水溝長探洞內(nèi)共揭露二次，可見視厚度小于3 0 4 7 m 。2 ) t 2 y s ：下段為灰灰黑色大理巖、灰褐色條帶狀或角礫狀中厚層大理巖，局部見有黑色含泥質(zhì)灰?guī)r；中段為粉紅色大理巖，厚層狀，大多為中粗粒結(jié)構(gòu)；上段為灰白白色粗晶大理巖，厚層塊狀，微具臭味；層厚約1 0 0 0 m 。據(jù)大水溝長探洞揭露表明，本層巖相變化較大，巖性為灰黑黑色大理巖夾灰白色大理巖和泥質(zhì)灰?guī)r、灰白白色中厚層大理巖及白色臭大理巖夾灰黑色或條帶狀大理巖、角礫狀?yuàn)A條帶狀或黑色大理巖( 白色角礫大多具有臭味) 。各種巖性之間變化呈漸變過渡狀態(tài)。3 ) t 2 y 6 灰灰黑色泥質(zhì)灰?guī)r央深灰色大理巖，泥質(zhì)灰?guī)r呈極薄層中厚層狀，常見泥質(zhì)條帶與灰?guī)r互層出現(xiàn)。據(jù)大水溝長探洞共揭露二次，視厚度為2 5 7 - 7 1 7 8 m ；泥質(zhì)灰?guī)r中見較多的片狀云母條帶及針片狀礦物，黃鐵礦晶體呈星點(diǎn)狀分布其中；沿順層擠壓結(jié)構(gòu)面常見石英脈或方解石脈充填，且?guī)r體的完整性較差，局部呈弱強(qiáng)風(fēng)化狀。( 3 ) 白山組( t 2 b )主要分布在工程區(qū)的中部，結(jié)構(gòu)致密、質(zhì)純。底部為雜色大理巖與結(jié)晶灰?guī)r互層；中部為粉紅色厚層狀大理巖；上部為灰灰白色致密厚層塊狀臭大理巖。本層厚7 5 0 , - - 一2 2 7 0 m 。( 4 ) 雜谷腦組( 黽)主要分布在工程區(qū)的西部，碳酸鹽巖以巖粒變化多、巖性雜為特征，由白灰白色純大理巖偶夾綠片巖透鏡體、薄層砂巖、云母片巖等。本層厚1 5 0 - - - 7 0 0 m 。第2 章錦屏水電樞紐二級電站水工隧洞工程背景( 5 ) 三迭系上統(tǒng)( t 3 )主要分布在主分水嶺一帶。巖性為砂巖和板巖，自下而上分為：t 3 l ：青灰色中厚層中細(xì)砂巖，以中層為主，夾薄層砂質(zhì)板巖，厚約7 0 一- - 2 0 0 m 。t 3 2 ：黑色板巖夾少量深灰色細(xì)砂巖或粉砂巖、砂質(zhì)板巖；層理清晰，厚約1 1 5 1 7 5 m 。t 3 3 ：青灰色厚層中粗粒砂巖含泥炭質(zhì)碎片，偶夾板巖，層理發(fā)育，厚約5 0 - - - 2 7 5 m 。輔助洞的圍巖均由三迭系( t ) 地層組成，巖性主要為碳酸鹽巖及少量砂巖、板巖、綠泥石片巖。其中綠泥石片巖、細(xì)砂巖、中砂巖、板巖分布于輔助洞西段，其巖石完整性差；碳酸鹽巖有大理巖、角礫狀大理巖、條帶狀云母大理巖、結(jié)晶灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r。除泥質(zhì)灰?guī)r外，大多為厚層狀，巖石較新鮮完整。其中白山組厚層塊狀白色臭大理巖在洞線上分布長度約8 6 0 0 m ，碳酸鹽巖類巖石在整個(gè)洞線上約占9 0 。2 2 3 地質(zhì)構(gòu)造引水隧洞所穿過的主要斷層有：f 5 斷層( 拉紗溝一碗水?dāng)鄬? 、f 6 斷層( 錦屏山斷層) 、f 2 7 斷層、f 2 8 斷層。工程區(qū)內(nèi)斷層屬非活動(dòng)斷層，不會(huì)因斷層分布而危及引水隧洞的安全。( 1 ) 褶皺西雅礱江至f 6 斷層( 錦屏山斷層) 間：共發(fā)育兩個(gè)背斜和兩個(gè)向斜構(gòu)造，靠近西雅礱江的背斜為陸房溝背斜的北延部分，向斜為解放溝復(fù)型向斜的北延，其間發(fā)育小規(guī)模層間褶皺。軸面直立，向西倒轉(zhuǎn)，兩翼陡傾；f 6 斷層與白山組地層之間：以三迭系上統(tǒng)砂巖、板巖為核部的復(fù)型向斜，次一級褶皺極為發(fā)育，由于斷層影響，兩翼地層不對稱，東翼被f 5 斷層所切。f 5 斷層以東的復(fù)式背斜兩翼由白山組地層組成，其中層間褶皺較發(fā)育，地層較陡。東部鹽塘組地層內(nèi)共發(fā)育6 個(gè)小規(guī)模褶皺及一系列的緊密褶曲。由于受區(qū)域構(gòu)造的影響，在輔助洞區(qū)內(nèi)形成一系列較為緊密的復(fù)式褶皺，根據(jù)地層的分布情況，引水線路的褶皺自西向東依次可分為：西部的褶皺為陸房溝背斜、解放溝向斜的北延；中部為老莊子復(fù)式背斜的北延部分，兩翼由白山組( t 2 b ) 地層的粉紅色大理巖和白色臭大理巖組成。東部在鹽塘組( t 2 v ) 地層內(nèi)發(fā)育6 個(gè)小規(guī)模褶皺及一系列的緊密褶曲。1 2第2 章錦屏水電樞紐二級電站水工隧洞工程背景( 2 ) 斷層區(qū)內(nèi)斷層構(gòu)造按其形跡和展布方位分為四個(gè)構(gòu)造組( 圖2 5 【2 9 】) ：n n e 向、n n w 向、n e - n e e 向、n w - n w w 向( 均以陡傾角為主) 。其中以n n e 向和近e w 向較為發(fā)育，組成了本區(qū)的構(gòu)造骨架，而縱張斷層和橫張斷層、節(jié)理切割帶則常為地下水活動(dòng)通道，也為地下水富集地帶。引水隧洞所穿過的主要斷層有：f 5 斷層( 拉紗溝一碗水?dāng)鄬? 、f 6 斷層( 錦屏山斷層) f 2 7 斷層、f 2 8 斷層。工程區(qū)內(nèi)斷層屬非活動(dòng)斷層，不會(huì)因斷層分布而危及引水隧洞的安全。一f 科叭辯基磊1縟；落水洞背斜解放溝復(fù)型向斜l 大堂溝向斜2 陸房溝背斜b 羊房溝倒轉(zhuǎn)背斜4 一碗水向斜老莊子復(fù)型背斜養(yǎng)豬場復(fù)型向斜l 莊子向斜2 西牦牛山背斜。和尚堡子倒轉(zhuǎn)背斜足木背斜馬凼向斜大水溝復(fù)型背斜漫橋溝復(fù)型背斜阿角堡子向斜n 再1 j t圖2 5 錦屏1 二程區(qū)構(gòu)造綱要圖1 3第2 章錦屏水電樞紐二級電站水工隧洞工程背景1 ) f 6 斷層( 錦屏山斷層) ：產(chǎn)狀n 2 0 。- - 5 0 。e ，n w 或s e 么6 0 。- - 8 7 。，斷層帶寬1 , - - - 4 2 m ，破碎帶寬6 - 3 7 m ，發(fā)育泥化帶、角礫巖帶及劈理帶。f 6 斷層在輔助洞內(nèi)出露樁號分別：a 洞左壁為a k 2 + 7 4 4 - - a k 2 + 7 4 8 m ，右壁為a k 2 + 7 4 4 一a k 2 + 7 4 7 m ，b 洞左壁為b k 2 + 7 7 1 一b k 2 + 7 7 3 m ，右壁為b k 2 + 7 6 8 4 一b 懟+ 7 7 0 m ；其整體產(chǎn)狀為n 4 5 。en w 么8 0 8 5 。，主帶寬1 6 4 m ，影響帶寬2 1 4 m ，為壓扭性斷層，具有相對隔水性質(zhì)。斷層上盤由于n 6 5 - 8 0 。w 向構(gòu)造影響，其影響帶寬度達(dá)1 0 0 m 以上。斷層主帶內(nèi)巖性為灰綠色砂巖、大理巖，呈全強(qiáng)風(fēng)化狀，面絹云母化，巖性軟弱，帶內(nèi)主要充填有斷層泥、全風(fēng)化巖、擠壓片巖、巖屑等，斷層泥可見寬0 2 - - - 0 6 m ；影響帶巖體破碎，為碎裂巖，鐵錳質(zhì)浸染嚴(yán)重。2 ) f 5 斷層( 拉紗溝一碗水?dāng)鄬? ：產(chǎn)狀為n 1 0 3 0 。en w 么7 0 。，主帶斷層內(nèi)見有一定寬度的角礫巖，影響帶寬5 - - 1 0 m 左右，且?guī)r石呈片理化和千枚巖化。3 ) f 2 7 斷層：位于干海子中部，走向n 3 0 - - 4 0 。wn e e 8 0 。，擠壓破碎，干海子地區(qū)唯一分布的小泉也分布在該斷層帶附近。4 ) f 2 8 斷層：n 2 0 。es e 么7 0 。，主帶寬1 - - 2 m ，擠壓呈片狀巖。5 k m 長探洞揭露的斷層1 8 7 條，輔助洞東、西兩端各至3 k m 左右分別揭露斷層5 5 條、4 0 條，共9 5 條。寬度一般均小于0 5 m ，最寬為3 一5 m ，按其走向可劃分為：近南北向組、n e 向組、n w 向組和n w w - n e e 向組；在t 2 y 4 地層中多見沿白云質(zhì)大理巖帶發(fā)育的順層擠壓帶( 3 ) 裂隙區(qū)內(nèi)節(jié)理因構(gòu)造部位和巖性不同而異，總體而言，以n n e 向的順層節(jié)理和近e w 向( m v w 和n e e ) i 句的張扭性節(jié)理最為發(fā)育，前者多呈閉合狀，后者多呈張開。據(jù)地面裂隙調(diào)查及長探洞輔助洞內(nèi)的裂隙統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，區(qū)內(nèi)主要發(fā)育有以下幾組裂隙：1 ) n 5 - - 3 0 。w ，s w 或n e 么3 0 - - 7 5 。，節(jié)理密集，面光滑，常與構(gòu)造線平行；2 ) n 6 0 - - 8 0