闫福根 邹德兵 闵征辉 肖伟

摘要：

针对岩溶帷幕灌浆效果评价存在控制因素多、难以统筹定量分析、现行方法具有片面性等问题，提出了基于模糊综合评价法的灌浆效果评价模型。首先构建了模型因素集U、评价集V、评价矩阵R，然后确定了基于层次分析法的权系数向量D，通过模糊合成算子得到了决策集E，实现了灌浆效果多维度定量评价。并以构皮滩水电站为例对模型进行了验证分析，分析结果表明：提出的灌浆效果评价模型与现行传统评价方法具有较好的同步性，但相较于现行方法，该模型不仅可反馈灌后岩体透水率，也可诠释灌后岩体完整性和岩溶封堵程度，具有更高的评价维度和更全面真实的评价体系，具有广阔的行业推广前景。

关 键 词：

帷幕灌浆； 岩溶； 模糊综合评价； 构皮滩水电站

中图法分类号： TV72

文献标志码： A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.05.026

0 引 言

现行SL 62-2014《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》和DL/T 5148-2012《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》均规定：“帷幕灌浆工程的质量应以检查孔压水试验成果为主，结合对施工记录、施工成果资料和检验测试资料的分析，进行综合评定”。马家岩水库大坝［1］、新集水库［2］、糯扎渡水电站大坝［3］、亭子口水电站大坝［4］等工程均采用了检查孔压水试验对帷幕灌浆进行了评价，即通过检查孔压水试验获取的Lugeon值，对灌后岩体的渗透性和整体性进行分析。另外，张贵金等［5］考虑了检查孔压水试验和钻孔取芯两个方面因素，对帷幕灌浆耐久性进行了定性分析。赵云等［6］从岩芯采取率、测孔斜、水泥结石统计、压水试验等多个指标对帷幕灌浆进行综合性定性评价。郝忠友、Roman等［7-8］分析了钻孔取芯和孔内录像成果对帷幕灌浆效果的影响。上述研究成果更多局限于单因素对帷幕灌浆效果的影响，未能建立考虑多因素评价体系的帷幕灌浆效果定量评价模型。为了解决此难题，本文探索出一种全面定量评价岩溶帷幕灌浆效果的方法，提出了基于模糊综合评价法的岩溶帷幕灌浆效果评价模型，利用检查孔压水试验透水率、检查孔岩芯采取率和岩溶充填程度3个因素对帷幕灌浆效果进行综合评价，有效克服了透水率单一指标评价的局限性，实现了耦合多指标的帷幕灌浆效果定量评价。其中，检查孔压水试验透水率是现行帷幕灌浆效果评价指标，检查孔岩芯采取率是反映灌后岩体裂隙发育情况和破碎程度的重要指标，在实际应用中也常常用来表示渗透性［9］。岩溶填充程度主要反映水泥浆液对溶洞、溶缝、溶腔的填充效果，其侧重评价帷幕灌浆对岩溶处理效果，是对岩溶帷幕灌浆效果最为直接的体现。

1 灌浆效果评价模型构建

模糊综合评价法［10-14］是一种基于模糊数学的综合评价方法，其根据模糊数学的隶属度理论把定性评价转化为定量评价，即用模糊数学对受到多种因素制约的事物或对象做出一个总体的评价，它具有结果清晰、系统性强的特点，能较好地解决帷幕灌浆效果评价这类多因素控制、难以量化的非确定性问题。

1.1 确定评价因素和评价集合

灌浆效果评价为多因素控制事件［15-17］，考虑到各评价因素的可得性及对灌浆效果的影响度，本文选取检查孔压水试验透水率、检查孔岩芯采取率和岩溶充填程度这3个指标作为灌浆效果评价模型评价因素，评价因素集U可用式（1）表达。

1.4 确定评价指标权重

利用层次分析法确定灌浆效果评价模型各元素的权重包括以下6个步骤：

（1） 分析系统中各因素之间的关系，构造包含目标层、准则层和方案层的层次结构模型。其中目标层为灌浆效果评价；准则层包括岩体的渗透性和完整性；方案层包括检查孔压水试验透水率、检查孔岩芯采取率值和岩溶充填程度。灌浆效果评价层次结构模型如图1所示。

（2） 对同一层次的各元素对于上一层次中某一准则的重要性进行两两比较，建立比较判断矩阵。针对步骤（1）建立的层次结构模型，帷幕灌浆效果评价模型需建立3个判断矩阵：即准则层对目标层的判断矩阵A，方案层对准则层的判断矩阵B1和B2，各矩阵如表1～3所列。

2 灌浆效果评价模型求解

灌浆效果评价模型求解流程包括：确定因素集U、评价集V，构造评价矩阵R，基于层次分析法确定权系数向量D，确定决策集E以及最终的灌浆效果评价值p，具体如图2所示。

3 灌浆效果评价模型应用实例

本文以构皮滩水电站为例，选取右岸465 m灌浆平洞作为模型输入条件，对应帷幕灌浆范围：沿坝轴线方向长403 m，高程范围350～465 m，灌后布置13个检查孔和193个检查孔段次，具体布置如图3所示。

依据检查孔压水试验、岩芯照片及钻孔电视获取评价因素集U数据，其中透水率u1范围值为0.02～7.34 Lu，岩芯采取率u2范围值为54%～100%，岩溶充填程度u3为完全封堵、大部分封堵、部分封堵、小部分封堵和未封堵，评价因素集U数据如表6所列。

4 灌浆效果评价模型验证与分析

针对上一章计算实例，对现行岩溶帷幕灌浆评价方法和本文提出的岩溶帷幕灌浆效果评价模型进行对比分析。

（1） 方法一：现行岩溶帷幕灌浆评价方法。以检查孔压水试验透水率单因素进行评价，经计算，第一单元、第二单元和第三单元的灌浆效果评价值分别为p1=4.64，p2=4.54和p3=4.06。

（2） 方法二：本文提出了基于模糊綜合评价法的岩溶帷幕灌浆效果评价模型。

两种方法相差不大，说明本文提出的灌浆评价方法与现行评价方法具有较好的同步性和一致性。

为进一步分析两种评价方法的差异，直观体现各工程部位帷幕灌浆效果，本文将灌浆效果评价值精准至193个检查孔孔段，提炼出灌浆效果评价云图，如图4所示。

（1） 图4（a）中灌浆效果评价值基本大于4，图4（b）中评价值为2.9～4.5，后者评价值更分散。其原因为：方法一采用单一评价指标，区域内检查孔透水率基本小于1 Lu，平均值达到0.3 Lu，因此其评价值基本大于4。方法二同时考虑了岩芯采取率和岩溶充填程度，区域内岩芯采取率值为54%～99%，部分区域岩芯采取率较低，岩溶整体封堵较好，但局部存在未完全封堵溶洞，因此其评价值为2.9～4.5，方法二评价值虽然低些，但更科学全面。

（2） 图4（a）中A区域灌浆效果评价值大于4，图4（b）中对应区域评价值为3.0～3.9。其原因为：虽然A区域岩体透水率小于1 Lu，但该区域检查孔R465-10岩芯采取率仅为64%，采取率较低，岩体较为破碎。同时，钻孔电视显示检查孔R465-10在孔深29.3～30.8 m和60.8～63.0 m处仍然存在没有被完全封堵的溶洞，所以对于A区域方法二评价值低于方法一，说明帷幕体仍存在薄弱环节，A区域应进行补强灌浆。

（3） 图4（a）中B区域分布两处灌浆效果评价值为2～3的区域，图4（b）中对应区域评价值则基本大于4。其原因为：虽然B区域岩体透水率大于1 Lu，但该区域检查孔R465-17岩芯采取率达到95%，钻孔电视显示该区域无未被封堵的溶洞，说明该区域的岩溶得到较好地充填，灌后岩体完整性较好，灌浆取得了良好的效果，透水率较大不能反映实际的灌浆效果。

为了更好地对比分析两种方法的评价结果，本文绘制了两种方法灌浆效果三维图，如图5所示。

从图5可以看到：图（a）和图（b）总体起伏较同步，说明两种方法对灌浆效果评价结论具有较好的一致性。图（a）整体平坦，局部区域出现凸凹点，区域内评价值相差不大；图（b）凸凹程度更为明显，区域内评价值差值较图（a）大。其原因是，图（b）的评价值是对灌后岩体的透水性、岩体完整性和岩溶充填程度的全面反映，较图（a）更能代表实际灌浆所取得的效果。

5 结 论

本文针对岩溶帷幕灌浆效果评价存在控制因素多、难以统筹量化等难题，提出了基于模糊综合评价法的岩溶帷幕灌浆效果评价模型，实现了灌漿效果多维度、多角度的综合评价，并以构皮滩水电站为例对模型进行了验证分析，得出如下结论。

（1） 本文提出的灌浆效果评价模型与现行评价方法具有较好的同步性和一致性。

（2） 岩芯照片及钻孔录像揭示：局部区域A岩芯采取率为64%、高程29.3～30.8 m和60.8～63.0 m存在未完全封堵溶腔，透水率小于1 Lu，现行评价方法仅考虑了透水率，认为灌浆效果良好，实际该区域岩体完整性较差且存在未完全充填溶腔，说明该区域需要进一步补强灌浆。

（3） 岩芯照片及钻孔录像揭示：局部区域B检查孔岩芯采取率为95%，无未被封堵的溶洞，透水率大于1 Lu，现行评价方法仅考虑了透水率，认为灌浆效果一般，实际该区域岩溶得到较好的充填，灌后岩体完整性较好，灌浆取得了良好的效果，透水率较大不能反映实际的灌浆效果。

综上认为：相较于现行评价方法，本文提出的评价模型不仅反映了灌后岩体透水率，也诠释了灌后岩体完整性和岩溶封堵程度，具有更高的评价维度和更全面的评价体系，具有较好的行业推广前景。

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（编辑：胡旭东）

Abstract：

Aiming at the problems of many control factors，difficulty in overall quantitative analysis，and one-sidedness of current method in the evaluation of karst curtain grouting，this paper proposed a grouting effect evaluation model based on fuzzy comprehensive evaluation method.Firstly constructing a model factor set U，an evaluation set V，and an evaluation matrix R.Then the weight coefficient vector D based on AHP was determined，the decision set E was obtained through the fuzzy synthesis operator，and the multi-dimensional quantitative evaluation of the grouting effect was realized.The model was verified and analyzed by Goupitan Hydropower Station.It showed that the evaluation model of grouting effect proposed in this paper had good synchronization with the current method.Compared with current the method，the proposed model can not only feeds back the water permeability of the rock mass after grouting，but also interpret the integrity of rock mass and the sealing degree of karst after grouting.This model has a higher evaluation dimensions and more comprehensive and real evaluation system，and has broad prospects for industrial promotion.

Key words：

curtain grouting；karst；fuzzy comprehensive evaluation；Goupitan Hydropower Station