挡水墙设计与施工

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1、挡水墙设计与施工1. 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、310m2弓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

2、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 50 m3/h ）， 水压较高（1.8MP8。如270m1S#穿、350m4#穿涌水量分别为100 mf/h、80 m3/h左右, 并产生不同程度的冒顶；310m2弓穿掌子面涌水量120 m3/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。2. 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

3、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。21 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

4、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

5、主要原因。22 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=PcX r/ 6+0.3r其中：Pc：取大静水压力（MPa）；r：井巷荒断面半径（m）;6混凝土允许抗压强度（MPa）。挡水墙强度验算公式为：其中：P=KX（ E2+2R0E） /2（ R0+E） 2E:墙厚（m）;Ro：井筒净半径（m）；K :壁材料允许抗压强度（MPa） =R/n （式中：

6、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PPc。（2）B=PoX SX tXL其中：B挡水墙厚度，m；s井巷荒断面积，m2；Po静水最大压力，MPa；入一过载系数，1.11.2;t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。23 挡水墙施工设计施工工序：清围岩f刷帮、挑顶f打锚眼f引水浇底f砌内墙f浇灌砼f埋导水管、安装锚杆焊接钢筋一砌外墙（布设注浆管）浇灌砼一充填注浆一关闸

7、阀*砼挡水墙里端面墙体结构如下：3. 挡水墙施工3. 1技术要求与施工防渗措施砌封堵墙的目的是封堵涌水点，因此，在保证混凝土墙体抗压强度、抗剪强度都达到 要求的前提下，要求墙体能起到防渗的作用，必须防止关闭阀门后被封闭的水体大流量的 从墙体与围岩接触处渗出。封堵墙施工防渗措施：为提高封堵墙的堵水率，使封堵墙达到理想的堵水效果，施工 封堵墙时必须在如下几方面采取适当的防渗措施。（1）清底：在浇灌混凝土前，须将底部浮渣全部清理干净，清理的范围按照墙体尺寸前 后各延长50cm,特别注意的是：在清理掉底部大岩块的同时，须将小的岩渣尽可能清理干净。2）挑顶：为使浇灌混凝土时能充分接顶，在墙体位置须进行挑

8、顶，挑顶范围为：墙体内侧往内1.0m至墙体外侧往外1.0m。与之对应的挑顶深度为：00.5m挑顶宽度：60 80cm。（3）浇灌：浇灌墙体前，用井下带压水管将左、右帮岩壁及顶部冲洗干净，浇灌时须加强振捣，特别要保证混凝土周边与围岩形成一体。接顶时在不同深度预埋2 4根注浆管以备顶部充填注浆用，并注意保护墙体顶部注浆管口。（4）顶部充填注浆：混凝土浇灌结束达到养护期后，为防止关闭阀门后被封闭的水体从 墙体顶部渗出，须进行顶部充填注浆。注浆顺序为先深孔，后浅孔。32 挡水墙施工（1）刷帮、挑顶：首先，选择一岩石质量相对较好的地段，根据设计的尺寸大小测量并标定好；其次，在拟建墙的中线部位均匀钻9个锚

9、杆孔，孔深1.5m；然后，在外墙前后1.0m 的范围内进行挑顶挑邦，与之对应的挑顶挑邦深度为：00.5m,使之形成倒楔字形状；最后，对巷道两邦和顶板围岩进行刷邦，清理不稳的围岩，并进行清底清渣。（2） 埋管引水：首先，在拟建挡水墙的中心线附近埋设两根孔径为150mm的泄水管，并安装固定好；其次，采用沙袋构筑临时挡水墙，使涌水大部分从泄水管流出；然后，采 用粘土封堵其它小的出水点，尽量减少其它出水点的水量，确保使95%的涌水从泄水管流出。（3）干水泥封底：由于拟建挡水墙内的积水未能排净，如果直接浇灌砼，可能使砼产生 离析，影响挡水墙的施工质量。采用干水泥进行封底，一是可以使积水与干水泥直接混合，

10、减少积水；二是由于干水泥的粒度小，浓水泥浆可在较短的时间内封堵出水的小裂隙。干 水泥数量应根据现场积水量大小而确定，其原则是积水没有增加，水泥浆的浓度控制在 0.60.8之间，干水泥封底的厚度一般为 0.20.3m。(4) 砌内墙、安装锚杆焊接钢筋网：内墙的宽度为24cm,用水泥砂浆砌红砖，确保内 墙的垂直度和稳定性；在与围岩接触处采用浓水泥砂浆充填，使内墙与围岩成为一整体。以9根锚杆为基点，采用16cm的圆钢进行焊接，成为网度为O.2mx 0.2m钢筋网，主要是 增大挡水墙的强度和抗性。(5) 砌外墙(布设注浆管)浇灌砼：外墙的宽度为24cm,砌墙的速度与混凝土浇灌的 速度保持一致。浇灌砼时

11、，必须使用振动器进行振动，确保混凝土密实和混合均匀，同时， 在围岩左右两侧和顶端布设预留 1 寸注浆管。混凝土浇灌时一定要保持浇灌的连续性和不 间断性，否则，在交替浇灌的混凝土中可能产生裂隙或孔隙，是挡水墙产生渗漏的主要原 因。( 6)充填注浆：待混凝土初凝，利用预留的注浆管进行充填注浆，注浆压力控制在 0.30.5MPa,注浆量一般较少，视现场施工的质量和地质条件而定，采用纯水泥配浆，浆 液水灰比一般为 0.8： 1。( 7)关闭闸阀：挡水墙施工完后，混凝土达到养护期，可以关闭泄水管闸阀。关闭闸阀 时，开始关闭的速度不要太快，当闸阀承受较大压力时，关闭的速度加快，同时应观察挡 水墙是否产生裂缝或渗水情况。4. 效果与建议（1）先后设计施工了四座挡水墙，分别是270ml9#穿出水、350m4#穿出水、310m2弓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 量渗水情况，但不影响其正常使用，通过一年多的使用观察，未发现水量增大的趋势。（3）挡水墙施工是一项细致的技术工作，只有在施工过程中负责每一个技术环节，认真 落实把关，按照施工设计质量要求层层实施，才能达到封堵的目的。