桃園礦高壓防水閘墻設計與施工實踐

胡滿聰

摘 要：文章對桃園礦Ⅱ6軌道大巷防水閘墻的設計思路與施工中遇到的問題進行了詳細分析，并提出了合理的解決方法。

關鍵詞：防水閘墻；突水；澆鑄；注漿加固

1 概述

桃園礦Ⅱ6軌道大巷在10煤層底板施工，工程施工期間主要受底板太原組灰巖水及頂底板砂巖裂隙水威脅。巷道施工期間發生底鼓并突水，突水水量35m3/h。采取注漿工程堵水，鉆孔施工過程中單孔最大灰巖涌水量150m3/h，巷道退后改向。為確保巷道施工安全，采取防水閘墻封閉原巷道。

2 突水巷道水文及地質概況

Ⅱ6軌道大巷位于10煤層底板、太原組一灰頂板，突水點巷道底板標高-788.5m，上距10煤層底板法距40m，下距一灰頂界法距11m，煤巖層平均傾角40°。巷道內主要巖性為砂巖、泥巖，采用“U型棚+注+錨”支護，巷道尺寸5.2m×4.2m。巷道近平行于巖層走向施工，突水點附近太灰孔實測水壓為4.4MPa。

3 防水閘墻的計算及設計

防水閘墻的位置選在距離底鼓15m圍巖未受破壞處，對周圍巖石取樣委托中國礦業大學進行力學指標測試，得到水閘墻附近參考巖石強度指標為：抗壓強度18.74MPa，破壞載荷36.15KN。墻體采用鋼筋混凝土結構，混凝土型號選用C30，軸心抗壓強度14.30MPa、彎曲抗壓強度16.50MPa、抗剪強度1.4MPa。根據實測突水水壓4.4MPa，留設1.5倍安全系數，設計抗水壓能力為6.6MPa。

3.1 墻體厚度計算

根據《采礦工程設計手冊》墻體厚度計算公式為：

式中：L-閘門墻體長度；P-閘門墻體的設計水壓，取6.6MPa；？酌0-結構的重要性系數，取1.1；？酌f-作用的分項系數，取1.3；？酌d-結構系數，取1.75；L1-閘門墻體應力衰減段計算長度，m；ln-自然對數符號；ft-混凝土軸心抗拉強度設計值，取1.43N/mm2；L0-閘門墻體應力回升段長度，取2.0m；

3.2 墻體嵌入圍巖深度計算

墻體嵌入圍巖深度計算公式為：

3.3 參數選取

由于本次設計承受水壓達6.6MPa，從安全的角度考慮，水閘墻采用雙段楔形墻體設計，厚度取10m，嵌入圍巖深度取2.0m。但結合實際情況，巷道采用的“U型棚+錨桿+注漿”支護，不具備楔形墻體向兩幫刷大條件，擬采用“T”型墻體，墻體厚度10m，嵌入圍巖深度取1.5m。

4 防水閘墻安全施工技術措施

4.1 墻體施工工藝要求

（1）墻體形狀設計為T型直墻式，分兩段澆鑄；墻體來壓側原有巷道的周邊用200mm厚的混凝土加固20m，外側加固5m；（2）每段閘墻體和護砌段應整體砌筑，里段墻體中增加2道鋼軌（長7.20m），垂直巷道鋼軌前鋪設一層鋼筋網，平行巷道鋪設兩層鋼筋網；網格間距1.0m；（3）防水閘墻施工期間予埋2根四寸高壓防腐蝕鋼管，長為12米，鋼管里側一端用鐵網護好，防止矸石堵住鋼管；外側安裝水壓表、閘閥；（4）墻體澆注前對巷道四周用風鎬鑿毛，為使原巖體不受破壞，掏槽部分不得使用爆破；（5）墻體周圍對稱施工φ22螺紋錨桿與注漿錨桿，螺紋錨桿長3.4m，株排距0.5m×0.5m，外露長度不小于0.6m，每段墻體內部采取鋼筋繩加固；注漿錨桿長2.4m，株排距1.5m×1.5m；（6）對原有水溝進行刷大，排水溝內敷設一路10排水管，邊施工邊澆筑，工程結束后對預留水路進行水量觀測；（7）混凝土砌筑前，要將底部浮貨全部清除干凈；墻內混凝土由內向外，由下向上一次澆注。若一次澆注困難時，兩次澆注時間間隔不大于8小時。為保證每段混凝土澆筑為一體，在下一段混凝土澆筑前，應將上一段表面用風鎬或手鎬鑿毛，并用清水沖洗干凈；（8）混凝土標號為C30，1m3混凝土配比為水175kg、水泥（42.5#）461kg、中砂512kg、礫石（ <40mm）1252kg；配合比為：0.38：1：1.11：2.72。混凝土攪拌時，嚴格控制水灰比，所用水要清潔，入模時須用插入式震搗棒，邊搗邊注，直到水灰分離；（9）墻體分階段施工，每階段完成后，在巷道周圍施工注漿孔，注馬麗散；（10）在施工段巷道頂板呈扇形布置6根注漿花管、兩側預留4根注漿花管，花管進入巷幫0.5m。墻體施工完畢后對頂板及兩幫采取壁后注漿，注實墻體與圍巖間巖石裂隙。注漿終壓為6.6MPa。

4.2 注漿加固

墻體施工結束半個月后，對防水閘墻進行耐壓試驗，試驗壓力不小于6.6MPa，注漿期間由專人觀察墻體滲水情況，耐壓時間不小于36小時。如果耐壓試驗達不到工程設計要求或滲水量較大，進一步采取措施進行墻體注漿加固。

5 問題與建議

（1）防水閘墻底板標高為-788.3m，地壓較大，加之下方受太原組灰巖含水層4.4MPa水壓影響，防水閘墻附近巷道應力集中區變形嚴重且變形速度較快。在無法有效控制其變形的情況下，我們采取了對后方巷道預注漿并加長墻體長度，加長段墻體施工工藝與原墻體相同，工程結束后累計墻體長度達15m；（2）防水閘墻最高處達7.2m，人工澆鑄勞動強度高、難度大，建議采用大功率礦用攪拌機及輸送帶送料，巷道頂端應盡量澆鑄充實；（3）第二段墻體澆鑄約0.5m高時，因人為因素，排水溝內預先埋設的10寸排水管不慎損壞，水管內有30m3/h的活水且水管變形嚴重，部分水從排水管外流出致使混凝土無法澆鑄。經測量，損壞處位于兩根水管接茬附近，重新臥底更換水管后得以解決。在施工過程中應仔細操作，避免失誤與不正確操作。