漓鐵集團蘭亭尾礦庫副壩綜合治理及內置式弧形頂管的排滲應用

勞力軍 陳 惠

（浙江漓鐵集團有限公司）

排滲構筑物是降低尾礦庫浸潤線的工程措施。其作用是降低堆積壩的浸潤線，縮小堆積壩坡的飽和區，擴大疏干區，促進尾礦的排水固結，從而提高堆積壩的穩定性。浙江漓鐵集團有限公司蘭亭尾礦庫為山谷型尾礦庫，采用上游式筑壩方式。1988年標高80.0m時由長沙有色冶金設計院進行加固改造擴容設計至標高130m，2003年在尾礦堆積壩標高114.0m時再由鞍山冶金設計院進設計擴容，至壩頂標高150m，相應總壩高129.0m，總庫容1850萬m3。針對浙江漓鐵集團蘭亭尾礦庫副壩的尾礦構成、排滲情況及擴容加高的穩定性需求，現采用內置式弧形頂管排滲技術對蘭亭庫副壩排滲進行綜合治理，效果顯著。

一、尾礦庫現狀情況及副壩排滲系統組成

漓鐵集團蘭亭尾礦庫尾礦庫由主壩和副壩組成，副壩位于庫內東南側豁口處，壩基標高103m，初期壩為漿砌塊石重力壩，壩高10m，后期采用尾砂側面向庫內收縮堆積，堆積坡比1∶5，壩體在平面上呈“L”形展布。目前主壩堆積壩標高為132.2m，壩高111.1m，壩長為215m，副壩堆積壩高131.9m，壩高28.9m，壩長為382m，干灘長度大于250m，庫容約為1435萬m3，屬二等庫。

副壩原采用的排滲設施有108.5m貫穿式弧形頂管排滲、110m褥墊式排滲、124m無砂混凝土管井排滲、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，無砂混凝土管井和108.5m標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上加高，堆積壩下沒有有效的排滲通道。

副壩為103m標高開始堆積，壩基正對主壩細泥區，區內尾礦泥層很厚，109m標高處壩坡趾前尾輕亞粘及尾礦淤積達80cm，固結程度較差，又存在不均勻性，總體強度及透水性較低。

隨著壩體堆高，現副壩長度明顯長于主壩，受到粒徑大小、尾礦排放量大小、放礦時間長短及上游法堆筑方法等的影響，副壩尾礦沉積層復雜多變，在微觀上常見局部夾薄層透鏡體或粗細尾礦層頻繁相變交互成層，總體看庫內各子壩壩體水平方向滲透系數大于垂直方向滲透系數，副壩滲透系數小于主壩滲透系數。

圖1 探井斷面所見尾礦土薄夾層

表1 副壩壩體物理力學性質指標表

表2 2011年以后副壩浸潤線數據表（單位：m）

由上表可見，隨著壩高的增加及110m標高褥墊式排滲使用年限增加出現的不同程度的堵塞，導致排滲效果不佳，部分點浸潤線水位偏高（G-2，G-3，H-1，H-2）。降低了壩體穩定性驗算最小安全系數。

三、2016年前副壩采取的治理措施及其效果

（一）110m標高褥墊式排滲設施鋪設

副壩壩基內尾礦砂有尾粉砂、尾輕亞粘、尾礦泥組成，雖有一定程度固結，但固結程度較差，又存在不均勻性，總體強度低。副壩礦泥層厚，抗剪強度低，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，故2003年12月在副壩110m標高處鋪設褥墊式排滲設施。同期完成副壩1、2、3線浸潤線觀測點的設置施工。

（二）125m標高排滲盲溝鋪設

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

（三）124m標高無砂混凝土管井和108.5m標高貫穿式弧形頂管排滲

2011年副壩浸潤線實測數據，副壩排滲褥墊以上至125.0m標高的浸潤線較高，第2排至第3排的觀測點，浸潤線最小埋深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有限公司設計在副壩124m標高無砂混凝土管井。

表3 2011年副壩實測浸潤線結果（單位：m）

設計在副壩第3排浸潤線觀測井的124.2—124.5m標高平臺上前布置無砂混凝土管井垂直排滲，管井間距4.0m，直徑660mm，共60個。無砂混凝土底標高為110.0m，褥墊范圍內的無砂混凝土管施工時不得破壞原排滲褥墊。2013年實際從副壩山腳至主副壩向施工至24個井時，由于原排滲褥墊周邊范圍由于礦泥堵塞，井內水位并無明顯下降而停止施工，后改用電子閥定時自動虹吸來排除井內積水。

由于無砂混凝土管井排滲效果甚微，同期借主壩實施弧形頂管排滲施工之便，故在副壩也試驗了貫穿式弧形頂管排滲施工?；⌒雾敼茼斶M點標高108.5m，頂出點標高129.5m，共2根弧形頂管排滲管，總長度為236m。同樣由于壩內泥化和貫穿式內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年副壩內置式弧形頂管排滲治理

（一）2015年副壩浸潤線現狀及其分析

2013年副壩無砂混凝土管井垂直排滲施工采用用電子閥定時自動虹吸來排除井內積水，2014年浸潤線埋深略有降低，但隨著壩高的增加，2015年后副壩多數浸潤線埋深又持續升高。

表4 2015年副壩實測浸潤線結果（單位：m）

由上表可見副壩浸潤線較高處仍是第2排至第3排的觀測點，浸潤線最小埋深3.1m，標高為110.0—125.0m。尾礦堆積到132.0m標高時，副壩尾礦壩高度為29.0m，根據規范要求，副壩尾礦堆積壩的浸潤線最小埋深應大于2.0m，目前副壩處的浸潤線埋深均滿足規范的要求。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線升高而從壩坡逸出，設計在副壩浸潤線較高處第2排至第3排的觀測點增設排滲設施。

（二）內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有限公司設計，采用內置式弧形頂管自流排滲管進行副壩浸潤線治理。

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?；⌒雾敼懿捎貌劭着艥B管，其開槽滲流開孔導流，采用不銹鋼網作為過濾網，根據尾礦砂粒級分析確定濾網孔徑，細尾砂易透管流出、粗尾砂則在濾網四周形成過濾層，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。且隨著頂進弧度的上升，一管能打穿水平夾層，施工方便。內置式弧形頂管相比貫穿式能夠將排滲管全部放置在浸潤線內同時確保滲流壓力，排滲深度深、浸潤線降低速度更快。

根據2015年副壩浸潤線的高度，設計頂進點標高在漿砌塊石重力壩壩前約為111.0m標高處，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，弧形頂管頂出點如果在坡面上頂出將造成有效降水深度減小，因此設計采用內置式弧形頂管，頂管終點標高為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標高頂管施工，頂管上端距現壩面8m左右，管長150m，基于107m平臺寬度限制，經設計單位論證副壩頂管數變更為21孔，累計3150m。

圖2 弧形頂管槽孔排滲管構造圖（單位：mm）

圖3 110m標高弧形頂管頂進斷面圖

圖4 110m標高弧形頂管平面布置圖

表5 副壩弧形頂管治理排滲管長度、深度表（單位：m）

（三）治理效果

表6 副壩110m標高弧形頂管施工前后排滲水對比表（噸/天）

表7 施工前后副壩浸潤線對比表（單位：m）

實施弧形頂管排滲工程后，副壩幾乎所有浸潤線觀測點水位下降明顯，均下降到6m以下，124m標高處無砂混凝土井水位下降明顯，副壩累計日出水量比施工前多75噸/天左右，說明副壩排滲工程效果明顯。

五、結論

根據綜合對比，公司認為蘭亭尾礦庫副壩排滲治理采取內置式弧形頂管方案經濟、有效，階段性解決了由于蘭亭庫副壩浸潤線偏高的問題，確保了我副壩壩體穩定。