南美熱帶雨林地區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，其穩定性對礦山安全生產尤為重要，排土場一旦發生滑坡及泥石流等災害事故，對安全及環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，具有典型的亞馬遜地區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，不均勻風化十分嚴重。地表腐殖土、全風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，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、砂質粘土、砂；質地松軟、破碎、穩固性差，再加上復雜的自然條件，極易發生滑坡及泥石流等自然災害，因此，排土場的穩定性面臨巨大的考驗。在排土場建設及使用過程中既要保證排土場的安全和穩定，又要保證正常施工排土作業，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施、排土方式、土體穩定性控制措施等方面進行研究，研究一套適合該地區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用及推廣。

1 排土場建設

1.1 排水設施建設

排土場位于沖溝內，必須做好防水措施，最大限度減少流水進入排土場內部。首先需要將溝谷內流水從排土地表面上游截走或將水流用導流管導至下游，查閱當地水文資料，根據最大匯水面設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，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，需處理溝體內部出水點及排土中所含水分，因此需要進行排水盲溝建設。在建設工程中，在沖溝河道中挖掘滿足設計要求尺寸的溝渠，將挖出的新鮮卵石塊石經過嚴格篩選后回填入溝體內，如河道內巖石堅硬，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，加速土體固結速度。

1.2 排土場坡腳壩建設

為了保證排土設計坡腳穩定，排土場下游需要堆筑攔擋壩，為了保證壩體穩定，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，壩底需埋設導水管，導水管與排水盲溝連通，連通之前管口用土工布封堵，保證排土產生的滲水能夠自導水管流入下游。攔擋壩清基、埋管結束后，開始筑壩，筑壩需要材料可以就地取材，壩體選用質地堅硬粒徑小于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

由于該地區復雜的氣候條件，排土場內部植被茂盛，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 排土作業方式

2.1 排土方式選擇

由于排土場內部地形起伏大，溝谷較深，排土場排土作業采用逆排與順排相結合的混排排土方式。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。

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內需設一級轉運平臺，轉運平臺利用挖機將土料轉運至溝谷最低處，由于溝谷內壓路機難以進入，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，最終推進至排土設計位置，排土方式如圖1所示。

2.2 卸料平臺作業

與大多數排土作業方式不同，由于當地降雨頻繁，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程執行，靠近擋土堆3～5 m距離做3%～5%橫坡，將水引至非棄土一側，非棄土一側設排水口，坡面埋設直徑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，而后進行原排水管一側排土卸料，以此方式交替進行，排棄最終推進至設計位置。

2.3 排土過程控制

（1）排土前，嚴格按照排棄物料性質來進行分區排土，粘性土和表層土禁止堆放在排土場核心區，可排在棄土場兩側邊緣區域；石料及風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域大范圍集中排土，盡量創造多點排土作業，給土體預留一定的固結時間。

（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

由于該地區地表風化嚴重，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，保證碾壓設備數量并嚴格控制碾壓次數，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。已經形成的永久邊坡進行噴播種草，保證邊坡穩定。

（2）在已經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測，由于該地區氣候及地質條件特殊，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構。

4 結論

（1）在排土場投入使用之前，必須做好排水、坡腳壩、清表等基礎設施建設。在保證排土場基礎穩定的同時，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合的混合排土方式，在保證排土場穩定的同時多創造排土作業點。采取分區排土、多點排土、變換排土方向等行之有效的方法，來保證排土場穩定性。

（3）與常規排土作業反坡排土不同，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，做好排土場變形監測，保證排土場的安全和穩定。