漓鐵集團(tuán)蘭亭尾礦庫(kù)副壩綜合治理及內(nèi)置式弧形頂管的排滲應(yīng)用

勞力軍 陳 惠

（浙江漓鐵集團(tuán)有限公司）

排滲構(gòu)筑物是降低尾礦庫(kù)浸潤(rùn)線的工程措施。其作用是降低堆積壩的浸潤(rùn)線，縮小堆積壩坡的飽和區(qū)，擴(kuò)大疏干區(qū)，促進(jìn)尾礦的排水固結(jié)，從而提高堆積壩的穩(wěn)定性。浙江漓鐵集團(tuán)有限公司蘭亭尾礦庫(kù)為山谷型尾礦庫(kù)，采用上游式筑壩方式。1988年標(biāo)高80.0m時(shí)由長(zhǎng)沙有色冶金設(shè)計(jì)院進(jìn)行加固改造擴(kuò)容設(shè)計(jì)至標(biāo)高130m，2003年在尾礦堆積壩標(biāo)高114.0m時(shí)再由鞍山冶金設(shè)計(jì)院進(jìn)設(shè)計(jì)擴(kuò)容，至壩頂標(biāo)高150m，相應(yīng)總壩高129.0m，總庫(kù)容1850萬(wàn)m3。針對(duì)浙江漓鐵集團(tuán)蘭亭尾礦庫(kù)副壩的尾礦構(gòu)成、排滲情況及擴(kuò)容加高的穩(wěn)定性需求，現(xiàn)采用內(nèi)置式弧形頂管排滲技術(shù)對(duì)蘭亭庫(kù)副壩排滲進(jìn)行綜合治理，效果顯著。

一、尾礦庫(kù)現(xiàn)狀情況及副壩排滲系統(tǒng)組成

漓鐵集團(tuán)蘭亭尾礦庫(kù)尾礦庫(kù)由主壩和副壩組成，副壩位于庫(kù)內(nèi)東南側(cè)豁口處，壩基標(biāo)高103m，初期壩為漿砌塊石重力壩，壩高10m，后期采用尾砂側(cè)面向庫(kù)內(nèi)收縮堆積，堆積坡比1∶5，壩體在平面上呈“L”形展布。目前主壩堆積壩標(biāo)高為132.2m，壩高111.1m，壩長(zhǎng)為215m，副壩堆積壩高131.9m，壩高28.9m，壩長(zhǎng)為382m，干灘長(zhǎng)度大于250m，庫(kù)容約為1435萬(wàn)m3，屬二等庫(kù)。

副壩原采用的排滲設(shè)施有108.5m貫穿式弧形頂管排滲、110m褥墊式排滲、124m無(wú)砂混凝土管井排滲、125m排滲盲溝排滲。其中，110m褥墊式排滲是2003年施工完成，125m排滲盲溝是2011年施工完成的，無(wú)砂混凝土管井和108.5m標(biāo)高貫穿式弧形頂管排滲是2013年施工完成的。

二、主要存在的問(wèn)題

副壩為漿砌塊石壩體，為不透水壩，且壩體建在山脊處，原地形較高，尾礦堆積壩在此基礎(chǔ)上加高，堆積壩下沒(méi)有有效的排滲通道。

副壩為103m標(biāo)高開(kāi)始堆積，壩基正對(duì)主壩細(xì)泥區(qū)，區(qū)內(nèi)尾礦泥層很厚，109m標(biāo)高處壩坡趾前尾輕亞粘及尾礦淤積達(dá)80cm，固結(jié)程度較差，又存在不均勻性，總體強(qiáng)度及透水性較低。

隨著壩體堆高，現(xiàn)副壩長(zhǎng)度明顯長(zhǎng)于主壩，受到粒徑大小、尾礦排放量大小、放礦時(shí)間長(zhǎng)短及上游法堆筑方法等的影響，副壩尾礦沉積層復(fù)雜多變，在微觀上常見(jiàn)局部夾薄層透鏡體或粗細(xì)尾礦層頻繁相變交互成層，總體看庫(kù)內(nèi)各子壩壩體水平方向滲透系數(shù)大于垂直方向滲透系數(shù)，副壩滲透系數(shù)小于主壩滲透系數(shù)。

圖1 探井?dāng)嗝嫠?jiàn)尾礦土薄夾層

表1 副壩壩體物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)表

表2 2011年以后副壩浸潤(rùn)線數(shù)據(jù)表（單位：m）

由上表可見(jiàn)，隨著壩高的增加及110m標(biāo)高褥墊式排滲使用年限增加出現(xiàn)的不同程度的堵塞，導(dǎo)致排滲效果不佳，部分點(diǎn)浸潤(rùn)線水位偏高（G-2，G-3，H-1，H-2）。降低了壩體穩(wěn)定性驗(yàn)算最小安全系數(shù)。

三、2016年前副壩采取的治理措施及其效果

（一）110m標(biāo)高褥墊式排滲設(shè)施鋪設(shè)

副壩壩基內(nèi)尾礦砂有尾粉砂、尾輕亞粘、尾礦泥組成，雖有一定程度固結(jié)，但固結(jié)程度較差，又存在不均勻性，總體強(qiáng)度低。副壩礦泥層厚，抗剪強(qiáng)度低，副壩壩基排滲既要有排滲作用又要有利于其下尾礦排水固結(jié)，故2003年12月在副壩110m標(biāo)高處鋪設(shè)褥墊式排滲設(shè)施。同期完成副壩1、2、3線浸潤(rùn)線觀測(cè)點(diǎn)的設(shè)置施工。

（二）125m標(biāo)高排滲盲溝鋪設(shè)

根據(jù)2003年蘭亭庫(kù)150m加高擴(kuò)容設(shè)計(jì)，隨著壩體的增高，即使下游的排滲全部有效，浸潤(rùn)線仍將從壩坡溢出，至2011年副壩I2線浸潤(rùn)線埋深已升高到4m以下，另考慮到后期一旦排滲效果不佳時(shí)需增設(shè)垂直排滲的需要，2011年12月完成主副壩125m標(biāo)高排滲盲溝施工。副壩125m標(biāo)高排滲盲溝（灘頂至庫(kù)內(nèi)80m）及引出縱溝，共計(jì)直溝5根，總計(jì)排滲盲溝長(zhǎng)1270m。水平排滲盲溝為頂寬2.6m，深0.6m梯形，內(nèi)填透水料外包土工布，坡度1∶00。

（三）124m標(biāo)高無(wú)砂混凝土管井和108.5m標(biāo)高貫穿式弧形頂管排滲

2011年副壩浸潤(rùn)線實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，副壩排滲褥墊以上至125.0m標(biāo)高的浸潤(rùn)線較高，第2排至第3排的觀測(cè)點(diǎn)，浸潤(rùn)線最小埋深2.0m，主、副壩交界處壩坡有極少滲水，2012年由中冶北方工程技術(shù)有限公司設(shè)計(jì)在副壩124m標(biāo)高無(wú)砂混凝土管井。

表3 2011年副壩實(shí)測(cè)浸潤(rùn)線結(jié)果（單位：m）

設(shè)計(jì)在副壩第3排浸潤(rùn)線觀測(cè)井的124.2—124.5m標(biāo)高平臺(tái)上前布置無(wú)砂混凝土管井垂直排滲，管井間距4.0m，直徑660mm，共60個(gè)。無(wú)砂混凝土底標(biāo)高為110.0m，褥墊范圍內(nèi)的無(wú)砂混凝土管施工時(shí)不得破壞原排滲褥墊。2013年實(shí)際從副壩山腳至主副壩向施工至24個(gè)井時(shí)，由于原排滲褥墊周邊范圍由于礦泥堵塞，井內(nèi)水位并無(wú)明顯下降而停止施工，后改用電子閥定時(shí)自動(dòng)虹吸來(lái)排除井內(nèi)積水。

由于無(wú)砂混凝土管井排滲效果甚微，同期借主壩實(shí)施弧形頂管排滲施工之便，故在副壩也試驗(yàn)了貫穿式弧形頂管排滲施工?；⌒雾敼茼斶M(jìn)點(diǎn)標(biāo)高108.5m，頂出點(diǎn)標(biāo)高129.5m，共2根弧形頂管排滲管，總長(zhǎng)度為236m。同樣由于壩內(nèi)泥化和貫穿式內(nèi)壓不足且頂管仰角較小，有效降水深度較小，排滲效果一般。

四、2016年副壩內(nèi)置式弧形頂管排滲治理

（一）2015年副壩浸潤(rùn)線現(xiàn)狀及其分析

2013年副壩無(wú)砂混凝土管井垂直排滲施工采用用電子閥定時(shí)自動(dòng)虹吸來(lái)排除井內(nèi)積水，2014年浸潤(rùn)線埋深略有降低，但隨著壩高的增加，2015年后副壩多數(shù)浸潤(rùn)線埋深又持續(xù)升高。

表4 2015年副壩實(shí)測(cè)浸潤(rùn)線結(jié)果（單位：m）

由上表可見(jiàn)副壩浸潤(rùn)線較高處仍是第2排至第3排的觀測(cè)點(diǎn)，浸潤(rùn)線最小埋深3.1m，標(biāo)高為110.0—125.0m。尾礦堆積到132.0m標(biāo)高時(shí)，副壩尾礦壩高度為29.0m，根據(jù)規(guī)范要求，副壩尾礦堆積壩的浸潤(rùn)線最小埋深應(yīng)大于2.0m，目前副壩處的浸潤(rùn)線埋深均滿(mǎn)足規(guī)范的要求。由于副壩為漿砌石壩，為不透水壩，為防止后期壩體加高造成浸潤(rùn)線升高而從壩坡逸出，設(shè)計(jì)在副壩浸潤(rùn)線較高處第2排至第3排的觀測(cè)點(diǎn)增設(shè)排滲設(shè)施。

（二）內(nèi)置式弧形頂管自流排滲管治理

2016年公司委托中冶北方工程技術(shù)有限公司設(shè)計(jì)，采用內(nèi)置式弧形頂管自流排滲管進(jìn)行副壩浸潤(rùn)線治理。

弧形頂管排滲兼具垂直排滲和水平排滲的功能，具有透水性好，滲流量大，施工方便等特點(diǎn)?；⌒雾敼懿捎貌劭着艥B管，其開(kāi)槽滲流開(kāi)孔導(dǎo)流，采用不銹鋼網(wǎng)作為過(guò)濾網(wǎng)，根據(jù)尾礦砂粒級(jí)分析確定濾網(wǎng)孔徑，細(xì)尾砂易透管流出、粗尾砂則在濾網(wǎng)四周形成過(guò)濾層，提高透水性，其相同孔徑滲流面積為孔氏滲流管的20倍以上。且隨著頂進(jìn)弧度的上升，一管能打穿水平夾層，施工方便。內(nèi)置式弧形頂管相比貫穿式能夠?qū)⑴艥B管全部放置在浸潤(rùn)線內(nèi)同時(shí)確保滲流壓力，排滲深度深、浸潤(rùn)線降低速度更快。

根據(jù)2015年副壩浸潤(rùn)線的高度，設(shè)計(jì)頂進(jìn)點(diǎn)標(biāo)高在漿砌塊石重力壩壩前約為111.0m標(biāo)高處，由于漿砌塊石重力壩以上尾礦堆積壩高度只有22.0m，高差小坡面短，弧形頂管頂出點(diǎn)如果在坡面上頂出將造成有效降水深度減小，因此設(shè)計(jì)采用內(nèi)置式弧形頂管，頂管終點(diǎn)標(biāo)高為120.0m。2016年6月30日吉林省文堂排滲工程有限公司完成副壩110m標(biāo)高頂管施工，頂管上端距現(xiàn)壩面8m左右，管長(zhǎng)150m，基于107m平臺(tái)寬度限制，經(jīng)設(shè)計(jì)單位論證副壩頂管數(shù)變更為21孔，累計(jì)3150m。

圖2 弧形頂管槽孔排滲管構(gòu)造圖（單位：mm）

圖3 110m標(biāo)高弧形頂管頂進(jìn)斷面圖

圖4 110m標(biāo)高弧形頂管平面布置圖

表5 副壩弧形頂管治理排滲管長(zhǎng)度、深度表（單位：m）

（三）治理效果

表6 副壩110m標(biāo)高弧形頂管施工前后排滲水對(duì)比表（噸/天）

表7 施工前后副壩浸潤(rùn)線對(duì)比表（單位：m）

實(shí)施弧形頂管排滲工程后，副壩幾乎所有浸潤(rùn)線觀測(cè)點(diǎn)水位下降明顯，均下降到6m以下，124m標(biāo)高處無(wú)砂混凝土井水位下降明顯，副壩累計(jì)日出水量比施工前多75噸/天左右，說(shuō)明副壩排滲工程效果明顯。

五、結(jié)論

根據(jù)綜合對(duì)比，公司認(rèn)為蘭亭尾礦庫(kù)副壩排滲治理采取內(nèi)置式弧形頂管方案經(jīng)濟(jì)、有效，階段性解決了由于蘭亭庫(kù)副壩浸潤(rùn)線偏高的問(wèn)題，確保了我副壩壩體穩(wěn)定。