挡水墙设计与施工

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、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

2、，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（1.8MPa）。如 270m19#穿、350m4#穿涌水量分别为 100 m3/h、80 m3/h 左右，并产生不同程度的冒顶； 310m25#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1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

4、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。

5、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。2（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

6、强度（ MPa）=R/n（式中： R 为材料极限抗压强度； n 为安全系数）。当 PPc 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=P0×S×/ ×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；过载系数， 1.1 1.2；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。323 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

7、、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0022001砼挡水墙里端面墙体结构如 下：4锚杆1寸注浆管150放水管005砼挡水墙外端面锚杆3000240240补强注浆管24眠墙16钢筋网0150泄水管及阀门0002023水流方向40800400530°350035017003. 挡水墙施工31 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5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

8、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： 0 0.5m。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24 根注浆管以备顶部充填注浆用，并注意保护墙体顶部注

9、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

10、构筑临时挡水墙，使涌水大部分从泄水管流出；6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，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

11、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0.2m ×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，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。74. 效果与建议（ 1）先后设计施工了四座挡水墙，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）