黃 雯 李超前 李鵬飛 劉 曙

（武鋼資源集團(tuán)程潮礦業(yè)公司，湖北鄂州436501）

楊家灣尾礦庫位于湖北省鄂州市澤林鎮(zhèn)的楊家灣溝，1991年10月份建成投入運(yùn)行，尾礦庫的類型為山谷型尾礦庫，初期壩為透水堆石壩，壩高17.4 m，壩長(zhǎng)146.459 m，壩頂寬5 m，壩頂標(biāo)高為50 m，上游邊坡坡比1∶2，下游邊坡1∶1.3～1∶1.75，最終堆積標(biāo)高95 m，總庫容1 880萬m3，為三等庫。

2006年楊家灣尾礦庫在堆積壩上設(shè)3座鋼筋混凝土輻射式排滲井，對(duì)尾礦堆積壩進(jìn)行降低浸潤(rùn)線工程措施，該方法原理簡(jiǎn)單、效果明顯、降低浸潤(rùn)線的范圍較大、后期維護(hù)管理費(fèi)用低，但建設(shè)施工費(fèi)用高［1］。隨著尾礦庫堆積壩標(biāo)高上升，輻射式排滲井排滲能力不足，2017年楊家灣尾礦庫局部浸潤(rùn)線偏高，子壩外坡出現(xiàn)局部沼澤化，兩側(cè)壩肩截水溝出現(xiàn)滲水現(xiàn)象，存在安全隱患。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，同時(shí)查閱相關(guān)設(shè)計(jì)、施工及排滲設(shè)計(jì)資料，結(jié)合以往排除隱患的施工經(jīng)驗(yàn)，采用輻射式排滲井多層敷設(shè)水平濾管和壩體表面水平濾管排滲聯(lián)合工藝，降低壩體浸潤(rùn)線，控制實(shí)測(cè)浸潤(rùn)線不高于設(shè)計(jì)的控制浸潤(rùn)線，保證尾礦庫安全運(yùn)行。

1 尾礦堆積壩浸潤(rùn)線

1.1 設(shè)計(jì)的控制浸潤(rùn)線

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《尾礦設(shè)施設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50863—2013）規(guī)定，尾礦堆積壩下游坡浸潤(rùn)線的最小埋深除應(yīng)滿足壩坡抗滑穩(wěn)定的條件外，應(yīng)滿足表1的要求，且任意高度堆積壩的浸潤(rùn)線最小埋深可用插入法確定［2］。

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楊家灣尾礦庫最終堆積標(biāo)高95 m，初期壩壩頂標(biāo)高50 m，尾礦堆積壩高度H=45 m，根據(jù)插入法計(jì)算，楊家灣尾礦庫堆積壩下游坡浸潤(rùn)線的最小埋深≥3 m。

1.2 浸潤(rùn)線現(xiàn)狀

尾礦庫的浸潤(rùn)線是尾礦庫的“生命線”，是觀測(cè)尾礦庫安全運(yùn)行的重要窗口，為了掌握尾礦庫浸潤(rùn)線的埋深情況，一般需要埋置浸潤(rùn)線水位觀測(cè)孔，量得浸潤(rùn)線的埋深，并與設(shè)計(jì)要求的控制浸潤(rùn)線進(jìn)行比較，直觀地反映實(shí)測(cè)浸潤(rùn)線是否滿足設(shè)計(jì)要求。

楊家灣尾礦庫浸潤(rùn)線監(jiān)測(cè)分在線監(jiān)測(cè)及人工監(jiān)測(cè)：①在線監(jiān)測(cè)，楊家灣尾礦庫浸潤(rùn)線監(jiān)測(cè)共設(shè)置20 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，分布于垂直于壩軸線的A、B、C、D、E、G 6個(gè)監(jiān)測(cè)斷面上，采用振弦式孔隙水壓力計(jì)測(cè)量，每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)根據(jù)浸潤(rùn)線人工監(jiān)測(cè)實(shí)際深度鉆孔，在各個(gè)鉆孔中布置套管，并在管壁預(yù)設(shè)的高度預(yù)制滲流段，在相應(yīng)的高度布置孔隙水壓力計(jì)，測(cè)量壩體內(nèi)孔隙水壓力的分布情況，間接測(cè)量浸潤(rùn)線高度。②人工監(jiān)測(cè)，使用自制測(cè)量鐘現(xiàn)場(chǎng)對(duì)浸潤(rùn)線人工觀測(cè)孔放線測(cè)量浸潤(rùn)線埋深。

浸潤(rùn)線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可知，施工前，楊家灣尾礦庫浸潤(rùn)線監(jiān)測(cè)點(diǎn)A-1浸潤(rùn)線埋深為1.90 m、G-1浸潤(rùn)線埋深2.90 m，沒有達(dá)到設(shè)計(jì)的控制浸潤(rùn)線埋深≥3 m的要求。

1.3 浸潤(rùn)線偏高原因

1.3.1 上游式筑壩問題

楊家灣尾礦庫采用上游式筑壩，采用推土機(jī)筑子壩，人工修整邊坡和鋪土護(hù)坡。尾礦庫壩體尾砂粒徑組成水平和垂直2個(gè)方向均由粗變細(xì)，即壩前粗，庫尾細(xì)，上部粗，下部細(xì)。

水平方向：靠近壩體的透水性強(qiáng)，由壩體向庫內(nèi)透水性逐漸減小，水下礦泥層透水性更小。隨著堆積壩升高，庫內(nèi)積水區(qū)逐漸向庫尾推移，所以透水性小的礦泥層也往庫尾推移，其透水性的變化規(guī)律為K1＞K2＞K3＞K4（K為滲透系數(shù)），如圖1所示。

垂直方向：壩前分散放礦，粗顆粒尾砂在壩前沉積，隨著子壩升高，粗顆粒尾砂逐漸向庫內(nèi)推移，因此上部表層透水性強(qiáng)，由上向下透水性逐漸減弱，底部礦泥層透水性甚微。

大量勘察資料表明，尾礦沉積體內(nèi)或多或少的會(huì)有細(xì)泥夾層，特別是一些較厚的礦泥夾層嚴(yán)重阻礙了水的垂直下滲，導(dǎo)致浸潤(rùn)線過高［3］。

1.3.2 尾礦壩放礦管理問題

（1）在尾礦排放過程中，由于礦漿在壩前灘面上形成擺動(dòng)式的來回?cái)[動(dòng)流，形成較粗尾礦與細(xì)粒尾礦（或礦泥）互層，細(xì)粒尾礦層（或礦泥層）的厚度由不到1 mm至幾個(gè)mm，成為薄層隔水層，在整個(gè)尾礦壩剖面上，存在很多這樣的夾層。

（2）在尾礦排放過程中，以水為輸送介質(zhì)的礦漿沿沉積灘流動(dòng)，礦漿的主要成分——水在流過有一定滲透性的沉積灘時(shí)，部分水進(jìn)入尾礦的孔隙而滲入尾礦堆積體中，不斷為尾礦庫滲流補(bǔ)給。

1.3.3 尾礦庫的地形問題

楊家灣尾礦庫堆積壩原設(shè)計(jì)壩頂標(biāo)高85 m，經(jīng)2006年擴(kuò)容設(shè)計(jì)壩頂標(biāo)高加高至95 m，隨著尾礦庫子壩堆筑，出現(xiàn)堆積壩兩側(cè)外坡表面沼澤化問題：一是壩體內(nèi)滲流量增加，原有3座輻射式排滲井排滲能力不足；二是楊家灣尾礦庫堆積壩長(zhǎng)度約865 m，原有3座輻射式排滲井水平濾管布置的范圍有限，無法作用于尾礦壩兩側(cè)；三是楊家灣尾礦庫兩側(cè)山體基巖阻擋，滲流路徑變長(zhǎng)，滲流無法順暢排出，導(dǎo)致尾礦壩兩側(cè)A-1、G-1附近實(shí)際浸潤(rùn)線超出設(shè)計(jì)的控制浸潤(rùn)線。

2 排滲加固工程設(shè)計(jì)

2.1 方案選擇

尾礦堆積壩排滲加固設(shè)施類型主要有貼坡排滲、排滲管排滲、管井排滲、垂直－水平聯(lián)合排滲、虹吸排滲、輻射井排滲等［4］。由于楊家灣尾礦庫實(shí)際浸潤(rùn)線高于設(shè)計(jì)的控制浸潤(rùn)線位置重點(diǎn)集中在堆積壩兩側(cè)局部范圍，且堆積壩已有3座輻射式排滲井，根據(jù)楊家灣尾礦庫的實(shí)際情況，為確保其生產(chǎn)期間和閉庫后的壩體穩(wěn)定性，經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較后，認(rèn)為采用排滲管排滲治理措施，較為經(jīng)濟(jì)合理。

2.2 工程布置

根據(jù)楊家灣尾礦庫現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和浸潤(rùn)線數(shù)據(jù)分析結(jié)果，對(duì)整個(gè)尾礦壩的工程地質(zhì)條件進(jìn)行評(píng)估，確定楊家灣尾礦庫排滲加固工程的重點(diǎn)范圍，進(jìn)行工程布置。

針對(duì)楊家灣尾礦庫3座輻射式排滲井濾水管淤堵，排滲效果下降，采用輻射式排滲井多層敷設(shè)水平濾管：在輻射式排滲井現(xiàn)有水平濾管上1 m處新增1排水平濾管，現(xiàn)有導(dǎo)水管下新增1根導(dǎo)水管。

針對(duì)楊家灣尾礦庫堆積壩兩側(cè)，因其超出輻射式排滲井作用范圍，且兩測(cè)山體基巖作為隔水邊界阻礙滲流路徑，采用水平濾管排滲方式，在堆積壩兩側(cè)一定范圍內(nèi)鋪設(shè)水平濾管排滲，減少滲流路徑，將壩體滲流直接引排至壩肩截水溝。楊家灣尾礦排滲加固工程平面圖見圖2。

2.3 工藝參數(shù)確定

根據(jù)施工水平，水平排滲管管深最長(zhǎng)可達(dá)60 m，而水平排滲管間距一般按4～8 m布置，具體間距還必須根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)滲流破壞程度、尾砂沉積規(guī)律（現(xiàn)場(chǎng)開挖探槽鑒定）、滲透特性以及實(shí)際排滲效果等因素綜合確定［5］。

水平排滲管出口標(biāo)高及鉆孔傾角的確定，要考慮地下水位將要下降的幅度、壩體穩(wěn)定性、尾砂的沉積特性以及滲流量等因素［6］。由于楊家灣尾礦庫壩體兩側(cè)均為山體，壩體與山體間有壩肩截水溝，因此水平排滲管出口不應(yīng)低于壩坡排水溝或壩肩截水溝底部，否則無法將壩體滲流引出。水平排滲管出口標(biāo)高及坡度也不宜過高，否則進(jìn)入尾礦壩內(nèi)部的水平排滲管將會(huì)被埋設(shè)在已固結(jié)的黏粒尾砂層中，無法到達(dá)含水層，從而使濾水管不能充分發(fā)揮其排滲作用，達(dá)不到預(yù)期效果。因此根據(jù)實(shí)際情況，將孔口出口緊貼壩肩截水溝底部，坡度0.02，水平排滲管與壩軸線夾角75°，偏向兩岸方向。塑料管壁厚度、濾網(wǎng)和濾料的選擇根據(jù)經(jīng)驗(yàn)結(jié)果而定，水平孔結(jié)構(gòu)見圖3。

3 排滲加固工程施工

3.4.1 輻射井內(nèi)排滲管施工

井內(nèi)排滲管需先在井內(nèi)安裝鋼平臺(tái)，鉆機(jī)放置于鋼平臺(tái)之上，同時(shí)用鉆機(jī)上的4根伸縮柱將鉆機(jī)固定在井壁之上。吸砂泵放置于鋼平臺(tái)之下，在鋼平臺(tái)上開孔將吸砂管伸出井外。施工工藝為同步跟管取芯鉆進(jìn)法。鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)深度后，拔回鉆桿，洗凈套管內(nèi)尾砂，安裝排滲管。

3.2 輻射井導(dǎo)水管施工

井內(nèi)導(dǎo)水管施工前先將洗砂泵放入井底，將井內(nèi)原濾水管排滲的水用泵抽至井外排水渠，封堵原導(dǎo)水管防止雜物進(jìn)入管內(nèi)，吊入鉆機(jī)進(jìn)行安裝，開孔標(biāo)高的調(diào)節(jié)由鉆機(jī)底部的4根?75 mm伸縮柱調(diào)節(jié)，鉆進(jìn)過程中前進(jìn)后退產(chǎn)生的后座力由支撐在井壁上的4根伸縮柱傳導(dǎo)至井壁固定。施工方法為同步跟管取芯鉆進(jìn)法。鉆出壩體后，拔回鉆桿，同時(shí)回拉?120 mmPE管，PE管的連接采用熱融焊接工藝。

3.3 水平排滲管施工

首先挖出3.0 m×2.0 m×1.0 m的基坑，后下入制作好的鋼筋籠及預(yù)埋?18 mm地腳螺絲，然后澆灌C25混凝土，凝固至規(guī)定的強(qiáng)度，構(gòu)成鋼筋混凝土墩基，以固定水平鉆機(jī)。施工過程隨時(shí)觀測(cè)并確保鉆機(jī)軸線的方位及孔位與設(shè)計(jì)一致，采用水星二號(hào)水平孔鉆機(jī)施工。

施工工藝采用同步跟管鉆進(jìn)，清水排渣法施工，首先按照鉆探工藝操作方法鉆進(jìn)，再頂管跟進(jìn)護(hù)壁，在水平孔鉆達(dá)設(shè)計(jì)深度后，先堵套管頭，再清洗鉆孔；用高壓清水排渣，直至清洗干凈為止；然后拔出鉆桿，下入槽孔管，槽孔管的連接采用承叉方式安裝，并用木螺絲固定，最后拔出套管。

4 排滲加固工程效果

4.1 滲流排量增加

滲流量的變化反映排滲設(shè)施排滲效果，在正常滲流條件下，滲流量變化不大或變化符合一定變化趨勢(shì)。楊家灣尾礦庫排滲加固工程實(shí)施，輻射排滲井滲流排量大幅度增加，具體滲流排量見表2。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)算數(shù)據(jù)，輻射排滲井滲流總排量由488 m3/d增加到981.09 m3/d，堆積壩右側(cè)水平濾管排滲量500 m3/d，左側(cè)水平濾管排滲量180 m3/d，排出壩體外水質(zhì)清澈透明，不含尾砂，排滲效果顯著提高，壩坡表面沼澤化部分已干涸，壩肩截水溝內(nèi)壁滲水現(xiàn)象已經(jīng)完全消失。

4.2 降低壩體浸潤(rùn)線

尾礦庫的浸潤(rùn)線能直觀地反映尾礦庫的滲流狀態(tài)，如圖4所示。降低尾礦庫的浸潤(rùn)線，可使尾礦庫的堆積邊坡最大限度地處在疏干狀態(tài)，因此壩體內(nèi)浸潤(rùn)線最小埋深即可反映排滲設(shè)施排滲效果。工程實(shí)施前后壩體觀測(cè)孔浸潤(rùn)線的埋深數(shù)據(jù)見表3。

從表3可知，尾礦壩浸潤(rùn)線埋深在工程竣工后大幅度提高，浸潤(rùn)線埋深最大增加3.62 m，最小增加0.35 m，平均增加0.67 m，尤其是A-1和G-1監(jiān)測(cè)點(diǎn)范圍浸潤(rùn)線得到控制，A-1點(diǎn)浸潤(rùn)線埋深5.14 m，G-1點(diǎn)浸潤(rùn)線埋深4.27 m，達(dá)到《尾礦設(shè)施設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50863—2013）浸潤(rùn)線最小埋深規(guī)定。

5 結(jié)語

（1）楊家灣尾礦庫采用輻射式排滲井多層敷設(shè)水平濾管和壩體表面水平濾管聯(lián)合排滲工藝，提高了尾礦庫排滲能力，降低了浸潤(rùn)線，實(shí)現(xiàn)了實(shí)際浸潤(rùn)線不高于設(shè)計(jì)的控制浸潤(rùn)線的要求。

（2）采用輻射式排滲井多層敷設(shè)水平濾管后，3座輻射排滲井滲流總排量由488 m3/d增加到981.09 m3/d，排出壩體外水質(zhì)清澈透明，不含尾砂，排滲效果顯著提高。

（3）堆積壩兩側(cè)采用水平濾管排滲工藝后，降低了浸潤(rùn)線，A-1點(diǎn)浸潤(rùn)線埋深5.14 m，G-1點(diǎn)浸潤(rùn)線埋深4.27 m，達(dá)到《尾礦設(shè)施設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50863—2013）浸潤(rùn)線最小埋深規(guī)定。

（4）楊家灣尾礦庫排滲設(shè)施加固后，堆積壩兩側(cè)壩肩截水溝滲水的現(xiàn)象已基本消除，堆積壩兩側(cè)外坡表面沼澤化問題已經(jīng)得到解決，尾礦庫壩體的安全得到有效保證。