南美熱帶雨林地區(qū)露天金屬礦山排土場施工措施及方法

李東印

（中鐵十九局集團礦業(yè)投資有限公司，北京100161）

在大型露天金屬礦山施工中，排土場作為一個重大危險源，其穩(wěn)定性對礦山安全生產(chǎn)尤為重要，排土場一旦發(fā)生滑坡及泥石流等災(zāi)害事故，對安全及環(huán)境帶來的巨大影響不可估量。米拉多銅礦地處南美洲厄瓜多爾國赤道熱帶雨林地區(qū)，具有典型的亞馬遜地區(qū)濕潤多雨的氣候特點，年降雨量在1 860 mm左右，月平均最大降雨量達到358 mm，地表植被茂密，地表水和地下水豐富。與此同時，從礦區(qū)看，以花崗閃長巖為主的薩莫拉巖體廣泛分布，受雨淋和高原氣候影響，不均勻風(fēng)化十分嚴重。地表腐殖土、全風(fēng)化層的一般厚度可達20～60 m，最大達90多m。由于該礦山處于基建剝離期，首期排土場為整個南排土場一期排土堆放地，是整個南排土場底層基礎(chǔ)，因此顯得十分重要。該排土場為溝壑形排土場，主要包括3條沖溝形成的山谷，棄土容量670萬m3，最終設(shè)計標高1 100 m，下游原地表最低標高1 305 m，高差接近100 m，其中1 320、1 350 m標高設(shè)安全平臺，排土最終坡面1∶2。首期排土場前期堆棄的物料大多為淤泥、粘土、砂質(zhì)粘土、砂；質(zhì)地松軟、破碎、穩(wěn)固性差，再加上復(fù)雜的自然條件，極易發(fā)生滑坡及泥石流等自然災(zāi)害，因此，排土場的穩(wěn)定性面臨巨大的考驗。在排土場建設(shè)及使用過程中既要保證排土場的安全和穩(wěn)定，又要保證正常施工排土作業(yè)，因此制定一套合理的施工措施和方法顯得尤為重要。本文從排土場的排水設(shè)施、排土方式、土體穩(wěn)定性控制措施等方面進行研究，研究一套適合該地區(qū)露天金屬礦山排土場施工方法，從而在與之相似自然條件的露天礦山進行應(yīng)用及推廣。

1 排土場建設(shè)

1.1 排水設(shè)施建設(shè)

排土場位于沖溝內(nèi)，必須做好防水措施，最大限度減少流水進入排土場內(nèi)部。首先需要將溝谷內(nèi)流水從排土地表面上游截走或?qū)⑺饔脤?dǎo)流管導(dǎo)至下游，查閱當?shù)厮馁Y料，根據(jù)最大匯水面設(shè)計截水溝尺寸及引水管直徑，為避免引水管堵塞，溝上游管口需加鋼筋過濾網(wǎng)，同時入水口可深挖積水池，起到消能及簡單過濾作用。

將地表水引走以后，需處理溝體內(nèi)部出水點及排土中所含水分，因此需要進行排水盲溝建設(shè)。在建設(shè)工程中，在沖溝河道中挖掘滿足設(shè)計要求尺寸的溝渠，將挖出的新鮮卵石塊石經(jīng)過嚴格篩選后回填入溝體內(nèi)，如河道內(nèi)巖石堅硬，難以挖溝，可用石料直接填筑成梯形與溝渠連通，回填過程中禁止使用風(fēng)化石料，石料鋪好后用土工布進行包裹，土工布上方進行覆蓋一定厚度透水性較好沙土，作為土工布保護層。由于石塊縫隙間透水性較好，溝內(nèi)出水點的水源可通過盲溝引出排土場。與此同時，所排土壤中的水分可通過土工布過濾后進入盲溝，與溝內(nèi)出水點匯合一同引出，可大大減少土壤含水率，加速土體固結(jié)速度。

1.2 排土場坡腳壩建設(shè)

為了保證排土設(shè)計坡腳穩(wěn)定，排土場下游需要堆筑攔擋壩，為了保證壩體穩(wěn)定，需要進行清基，清基需清至碎石層以下，地表縱坡較大時，需將地表削成臺階。在筑壩過程中，為避免筑時壩前積水，壩底需埋設(shè)導(dǎo)水管，導(dǎo)水管與排水盲溝連通，連通之前管口用土工布封堵，保證排土產(chǎn)生的滲水能夠自導(dǎo)水管流入下游。攔擋壩清基、埋管結(jié)束后，開始筑壩，筑壩需要材料可以就地取材，壩體選用質(zhì)地堅硬粒徑小于80 cm的塊石，筑壩方式采用碾壓堆石壩施工工藝，壩體坡面進行塊石干砌，壩體由石料堆筑成，具有透水性，為避免泥沙進入石縫，壩體迎水面可覆蓋土工布，土工布具有透水性，可將泥沙過濾，不影響壩體透水性。

1.3 排土場清表

由于該地區(qū)復(fù)雜的氣候條件，排土場內(nèi)部植被茂盛，腐殖土較厚，如不清除，極易形成滑移層，因此棄土前需要對植被和腐植土進行清除，清除的植被及腐植土經(jīng)排廢便道運至指定堆放處。在排土場清表過程中，合理安排施工順序，要按排土計劃分片清除，避免超前清除大面積植被，造成水土流失。

2 排土作業(yè)方式

2.1 排土方式選擇

由于排土場內(nèi)部地形起伏大，溝谷較深，排土場排土作業(yè)采用逆排與順排相結(jié)合的混排排土方式。地勢較平緩地帶，具備修筑排廢便道條件，采用逆排排土方式，排土運輸車輛經(jīng)排廢便道進入排土場下游靠近坡腳壩處，由低到高，由點到面，分層排土，保證排土高差在10 m以內(nèi)。

對于部分溝壑較深，縱坡較大處，采用分段高位順排的排土方式，以60 m長為1個分段，自卸車靠近卸料平臺邊緣卸料，推土機將料推至坡下，如卸料高差較大，30 m內(nèi)需設(shè)一級轉(zhuǎn)運平臺，轉(zhuǎn)運平臺利用挖機將土料轉(zhuǎn)運至溝谷最低處，由于溝谷內(nèi)壓路機難以進入，底部采用挖機或推土機進行分層碾壓，層層堆高，直到超過轉(zhuǎn)運平臺，最終堆至卸土平臺高度，卸土平臺沿溝體走向按覆蓋疊加式推進，最終推進至排土設(shè)計位置，排土方式如圖1所示。

2.2 卸料平臺作業(yè)

與大多數(shù)排土作業(yè)方式不同，由于當?shù)亟涤觐l繁，排土面極易積水。為了保證迅速排水，卸料平臺推進方向設(shè)3%～5%的順坡，靠近坡面做臨時擋土堆，擋土堆高度嚴格按照排土場安全操作規(guī)程執(zhí)行，靠近擋土堆3～5 m距離做3%～5%橫坡，將水引至非棄土一側(cè)，非棄土一側(cè)設(shè)排水口，坡面埋設(shè)直徑1.5 m半壁金屬波紋鋼管，能夠保證卸料平臺積水沿波紋管流至下游，同時防止流水沖刷坡面，作業(yè)方式如圖2所示。

同時隨著排土線展開，卸料平臺及時硬化，同時排土推進方向排棄一定容量后，排水位置改至另一側(cè)，而后進行原排水管一側(cè)排土卸料，以此方式交替進行，排棄最終推進至設(shè)計位置。

2.3 排土過程控制

（1）排土前，嚴格按照排棄物料性質(zhì)來進行分區(qū)排土，粘性土和表層土禁止堆放在排土場核心區(qū)，可排在棄土場兩側(cè)邊緣區(qū)域；石料及風(fēng)化巖排至靠近下游坡腳壩位置，起到加固坡腳的作用。

（2）注意控制排土強度，禁止長時間在一個區(qū)域大范圍集中排土，盡量創(chuàng)造多點排土作業(yè)，給土體預(yù)留一定的固結(jié)時間。

（3）注意排土方向選擇，在排土過程中注意交替變換排土方向，在排土面展開后條件允許的情況下，可多創(chuàng)造垂直溝體方向排土，通過山體支撐來卸載一部分土方向下游的沖力。

3 排土場維護措施

3.1 水土保持措施

由于該地區(qū)地表風(fēng)化嚴重，土層較厚，所排棄大多為土方，土方排棄后，如不及時進行碾壓，極易形成流泥或泥石流，帶來嚴重的安全及環(huán)境問題，因此土方排棄后，必須及時進行土方分層碾壓。在碾壓過程中，每層碾壓厚度不超過80 cm，保證碾壓設(shè)備數(shù)量并嚴格控制碾壓次數(shù)，保證碾壓后土體密實度達到要求，分層碾壓后效果如圖3所示。

3.2 邊坡防護措施

（1）考慮到雨水頻繁，臨時排土過程中，非棄土區(qū)域用塑料薄膜及時覆蓋邊坡，防止降雨沖刷造成水體污染。已經(jīng)形成的永久邊坡進行噴播種草，保證邊坡穩(wěn)定。

（2）在已經(jīng)形成的永久邊坡的平臺上建立若干觀測樁，測量人員及時進行位移及沉降變形監(jiān)測，由于該地區(qū)氣候及地質(zhì)條件特殊，可適當縮短觀測周期。

（3）為了減少雨水對邊坡的沖刷，排土形成的永久平臺需設(shè)平臺截水溝，為了防止雨水侵蝕溝體，平臺溝可采用混凝土或漿砌石等結(jié)構(gòu)。

4 結(jié)論

（1）在排土場投入使用之前，必須做好排水、坡腳壩、清表等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。在保證排土場基礎(chǔ)穩(wěn)定的同時，要保證排土不受水體影響，在引水過程中不僅要考慮上游來水，還要處理好內(nèi)部出水點和土體滲水。

（2）在排土方式選擇上，采用順排與逆排相結(jié)合的混合排土方式，在保證排土場穩(wěn)定的同時多創(chuàng)造排土作業(yè)點。采取分區(qū)排土、多點排土、變換排土方向等行之有效的方法，來保證排土場穩(wěn)定性。

（3）與常規(guī)排土作業(yè)反坡排土不同，在多雨條件下防止排土地表面積水采用順坡排土的排土工藝。

（4）為了保證土體穩(wěn)定，要著重做好分層碾壓施工。

（5）排土完成后，做好邊坡防沖刷措施，做好排土場變形監(jiān)測，保證排土場的安全和穩(wěn)定。