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PAGEPAGE4擋水墻設計與施工概況望兒山金礦“南風井貫通工程”施工前,井下涌水量已達到470m3/h,且深部各中段在逐步形成采準工程,不斷揭露新的出水點,為保證安全貫通,防止淹井事故的發生,水平放水貫通前必須封堵望兒山金礦井巷內幾處無效出水點,以緩解井下排水壓力,降低排水費用。在南風井貫通工程施工期間,先后設計施工四座擋水墻,分別是-270m19#穿出水、-350m4#穿出水、-310m25#穿掌子面涌水和南風井-310m水平中段涌水封堵(南風井貫通后施工),封堵礦坑涌水量達到400m3/h,大大地緩解井下排水壓力。根據礦床水文工程地質資料可知,礦坑對應地表溝系發育地段和含礦蝕變帶與圍巖接觸地段,大多為構造破碎帶,巖石破碎穩固性較差,節理裂隙發育,含豐富的地下水,導水性好,是礦區地下水進入礦坑的主要逕流通道;揭露時,涌水水量大(大于50m3/h),水壓較高(1.8MPa)。如-270m19#穿、-350m4#穿涌水量分別為100m3/h、80m3/h左右,并產生不同程度的冒頂;-310m25#穿掌子面涌水量120m3/h左右(包含放水鉆孔高壓閥門的漏水);以及南風井-310m水平中段涌水量100m3/h以上。都是發育在含礦蝕變帶與圍巖接觸地段。擋水墻設計擋水墻施工質量的好壞是與擋水墻的厚度、強度、防滲性能和施工工序質量控制等諸多因素有密切的關系。如有一個環節沒有控制好,則可能引起擋水墻的滲漏或倒塌,造成不良的突水后果。2.1引起擋水墻滲漏或倒塌原因分析(1)混凝土體積收縮。墻體與圍巖之間產生裂隙因而引起滲漏。混凝土中多余水份的散失或濕度下降,產生干縮;混凝土中熱量的散失或溫度下降,產生冷縮;由于骨科級配差,加水量過多,搗實較差,產生沉縮;這些作用的綜合結果就是體積收縮,當收縮應力大于混凝土與圍巖的粘接強度時,混凝土與圍巖間產生裂隙,在重力作用下,頂板的裂隙比兩邦的裂隙大,壓力水就沿著這些裂隙滲漏出來。混凝土的體積收縮是擋水墻滲漏的基本原因。(2)施工操作質量不良,如封頂不嚴不實,特別是迎水面的高頂處容易封頂不嚴,振搗不實,對靠近兩幫圍巖,預埋管的周圍特別是下部更容易疏忽;施工縫、特別是水平施工縫,由于灌注時未能做到連續灌注,新老施工縫接茬膠結不嚴,灌注前圍巖未清洗,底板積水排除不徹底等等,使混凝土中產生孔洞、空隙、裂隙,以及這些孔洞、空隙裂隙多余水份蒸發造成各種方向的空隙和毛細管連通,就造成了良好的滲水通道。(3)圍巖性質及地質構造,斷層裂隙導致透水。當圍巖的層理節理、裂隙發育又互相連通,斷層走向與墻體中心線一致或斜交時,則壓力可以越過墻體的周圍,滲漏至墻背水面。(4)擋水墻設計的強度小于地下水靜水壓力產生的外推力,以及擋水墻設計厚度過小,產生的磨擦力不能抵擋地下水靜水壓力產生的外推力,是導致擋水墻倒塌的主要原因。2.2擋水墻厚度與強度的計算擋水墻計算方式不同,計算結果也不同;選擇的條件和參數不同,計算結果也不同。因此,選擇符合實際條件、合理且安全系數有保障的擋水墻計算公式,是確保擋水墻施工質量與封堵涌水成功的關鍵。通過比較分析,采用以下兩個公式計算擋水墻厚度與強度,是比較合理和符合實際的。(1)B=Pc×r/[ó]+0.3r其中:Pc:最大靜水壓力(MPa);r:井巷荒斷面半徑(m);[ó]:混凝土允許抗壓強度(MPa)。擋水墻強度驗算公式為:P=K×(E2+2R0E)/[2(R0+E)2]其中:E:墻厚(m);R0:井筒凈半徑(m);K:壁材料允許抗壓強度(MPa)=R/n(式中:R為材料極限抗壓強度;n為安全系數)。當P>Pc時,擋水墻厚度才能滿足施工要求。通過計算得出:擋水墻厚度B=3.5m,且P>Pc。(2)B=P0×S×λ/[τ]×L其中:B—擋水墻厚度,m;S—井巷荒斷面積,m2;P0—靜水最大壓力,MPa;λ—過載系數,1.1~1.2;[τ]—巖石允許抗剪強度,MPa;L—巷道周邊長度,m。通過計算得出:擋水墻厚度B=3.1m。根據(1)和(2)公式計算結果進行分析,選用擋水墻厚度B=3.5m,是比較合理和更加安全。2.3擋水墻施工設計施工工序:清圍巖→刷幫、挑頂→打錨眼→引水澆底→砌內墻→澆灌砼→埋導水管、安裝錨桿焊接鋼筋→砌外墻(布設注漿管)澆灌砼→充填注漿→關閘閥墻體結構如下:310m25#穿掌子面涌水和南風井-310m水平中段涌水封堵(南風井貫通后施工),封堵礦坑涌水量達到400m3/h,大大地緩解井下排水壓力。(2)四座擋水墻的封堵效果達到98%以上,其中兩座堵水率為100%,另外兩座出現少量滲水
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