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，分别是一270m1S#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

2、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（1.8 MPa）。如270m1S#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。如有一个环节没有控

3、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，对靠近两帮围岩

4、，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

5、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=PcX r/ 0 +0.3r0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=PoX SX入/ 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

6、，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-砌外墙（布设注浆管）浇灌砼-充填注浆-关闸阀/F /砼挡水墙里端面墙体结构如下:其中：Pc：最大静水压力（MPa）；r：井巷荒断面半径（m）；6:混凝土允许抗压强度 挡水墙强度验算公式为：P=KX（E2+2ROE） / 2其中：E:墙厚（m）;Ro：井筒净半径（m）；K:壁材料允许抗压强度（(MPa)。(Ro+E)2MPa）=R/n（式中：R为材料极限抗

7、压强度；n为安全系m。3.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顶，挑顶范围

8、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：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，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 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个锚杆孔，孔深1.5m;然后，在外墙前后1.0m的范围内进行挑

9、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，减少积水；二是由于干水泥的粒度小，浓水泥浆可在较短的

10、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0.2m X 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

11、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0.30.5 MPa,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。00.5m。 挑顶宽度：60浇灌时须加24根注浆管(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270m1S#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