挡水墙设计与施工

PAGEPAGE4挡水墙设计与施工概况望儿山金矿“南风井贯通工程”施工前，井下涌水量已达到470m3/h，且深部各中段在逐步形成采准工程，不断揭露新的出水点，为保证安全贯通，防止淹井事故的发生，水平放水贯通前必须封堵望儿山金矿井巷内几处无效出水点，以缓解井下排水压力，降低排水费用。在南风井贯通工程施工期间，先后设计施工四座挡水墙，分别是－270m19#穿出水、－350m4#穿出水、－310m25#穿掌子面涌水和南风井-310m水平中段涌水封堵（南风井贯通后施工），封堵矿坑涌水量达到400m3/h，大大地缓解井下排水压力。根据矿床水文工程地质资料可知，矿坑对应地表沟系发育地段和含矿蚀变带与围岩接触地段，大多为构造破碎带，岩石破碎稳固性较差，节理裂隙发育，含丰富的地下水，导水性好，是矿区地下水进入矿坑的主要迳流通道；揭露时，涌水水量大（大于50m3/h），水压较高（1.8MPa）。如－270m19#穿、－350m4#穿涌水量分别为100m3/h、80m3/h左右，并产生不同程度的冒顶；－310m25#穿掌子面涌水量120m3/h左右（包含放水钻孔高压阀门的漏水）；以及南风井-310m水平中段涌水量100m3/h以上。都是发育在含矿蚀变带与围岩接触地段。挡水墙设计挡水墙施工质量的好坏是与挡水墙的厚度、强度、防渗性能和施工工序质量控制等诸多因素有密切的关系。如有一个环节没有控制好，则可能引起挡水墙的渗漏或倒塌，造成不良的突水后果。2．1引起挡水墙渗漏或倒塌原因分析（1）混凝土体积收缩。墙体与围岩之间产生裂隙因而引起渗漏。混凝土中多余水份的散失或湿度下降，产生干缩；混凝土中热量的散失或温度下降，产生冷缩；由于骨科级配差，加水量过多，捣实较差，产生沉缩；这些作用的综合结果就是体积收缩，当收缩应力大于混凝土与围岩的粘接强度时，混凝土与围岩间产生裂隙，在重力作用下，顶板的裂隙比两邦的裂隙大，压力水就沿着这些裂隙渗漏出来。混凝土的体积收缩是挡水墙渗漏的基本原因。（2）施工操作质量不良，如封顶不严不实，特别是迎水面的高顶处容易封顶不严，振捣不实，对靠近两帮围岩，预埋管的周围特别是下部更容易疏忽；施工缝、特别是水平施工缝，由于灌注时未能做到连续灌注，新老施工缝接茬胶结不严，灌注前围岩未清洗，底板积水排除不彻底等等，使混凝土中产生孔洞、空隙、裂隙，以及这些孔洞、空隙裂隙多余水份蒸发造成各种方向的空隙和毛细管连通，就造成了良好的渗水通道。（3）围岩性质及地质构造，断层裂隙导致透水。当围岩的层理节理、裂隙发育又互相连通，断层走向与墙体中心线一致或斜交时，则压力可以越过墙体的周围，渗漏至墙背水面。（4）挡水墙设计的强度小于地下水静水压力产生的外推力，以及挡水墙设计厚度过小，产生的磨擦力不能抵挡地下水静水压力产生的外推力，是导致挡水墙倒塌的主要原因。2．2挡水墙厚度与强度的计算挡水墙计算方式不同，计算结果也不同；选择的条件和参数不同，计算结果也不同。因此，选择符合实际条件、合理且安全系数有保障的挡水墙计算公式，是确保挡水墙施工质量与封堵涌水成功的关键。通过比较分析，采用以下两个公式计算挡水墙厚度与强度，是比较合理和符合实际的。（1）B=Pc×r/［Ó］+0.3r其中：Pc：最大静水压力（MPa）；r：井巷荒断面半径（m）；［Ó］：混凝土允许抗压强度（MPa）。挡水墙强度验算公式为：P=K×（E2+2R0E）/［2（R0+E）2］其中：E：墙厚（m）；R0：井筒净半径（m）；K：壁材料允许抗压强度（MPa）=R/n（式中：R为材料极限抗压强度；n为安全系数）。当P＞Pc时，挡水墙厚度才能满足施工要求。通过计算得出：挡水墙厚度B=3.5m，且P＞Pc。（2）B=P0×S×λ/［τ］×L其中：B—挡水墙厚度，m；S—井巷荒断面积，m2；P0—静水最大压力，MPa；λ—过载系数，1.1～1.2；［τ］—岩石允许抗剪强度，MPa；L—巷道周边长度，m。通过计算得出：挡水墙厚度B=3.1m。根据（1）和（2）公式计算结果进行分析，选用挡水墙厚度B=3.5m，是比较合理和更加安全。2．3挡水墙施工设计施工工序：清围岩→刷帮、挑顶→打锚眼→引水浇底→砌内墙→浇灌砼→埋导水管、安装锚杆焊接钢筋→砌外墙（布设注浆管）浇灌砼→充填注浆→关闸阀墙体结构如下：310m25#穿掌子面涌水和南风井-310m水平中段涌水封堵（南风井贯通后施工），封堵矿坑涌水量达到400m3/h，大大地缓解井下排水压力。（2）四座挡水墙的封堵效果达到98%以上，其中两座堵水率为100%，另外两座出现少量渗水