某尾礦庫工程排洪方案研究

李 斌

尾礦庫作為礦山的一個重要的設施，是用來貯存金屬或者非金屬礦山所排出的尾礦、其他廢渣的場所，是通過筑壩攔截河谷、圍地等而構成的。在我們國家，尾礦庫通常都是采取濕法排放或者上游式筑壩等，所以在庫區的尾部，通常都會出現相應的一片澄清的水域。但是重要的地方在于在上游通常也都會有一定的、較大的匯水面積。對此情況如若不高度重視，不采用相關的措施，那么，這些匯水一旦進入到了庫區，就會造成庫區的水位急劇上升以及尾礦庫的沉積灘變短等等。這樣一來，一旦到達一定的程度，就會使得礦壩發生事故，像是洪水漫頂或者滲流破壞等等。一旦發生這樣的事故，就將會對位于尾礦庫下游的人民的生命、財產等產生嚴重的危害。不僅如此，這樣的事故對環境也會嚴重的污染。根據相關的研究統計，在我國，尾礦庫的事故中，因為洪水漫頂造成的尾礦庫事故占到將近45%，因為排洪系統造成的尾礦庫事故占了將近34%。防洪排洪的安全一直是視作礦山的生命線，所以，在尾礦庫的建設與運行中，排洪工作是一項十分重要的工作，需要高度重視，否則一旦發生事故，后果不堪設想。那么，如何做好尾礦庫的防洪排洪工作呢？本文以某尾礦庫為例，分析研究尾礦庫中排洪設施的布置及相關的結構設計，以期能夠為同行借鑒參考，同時拋磚引玉，讓大家能夠更廣泛的討論，以激發出更多好的方案。

1 尾礦庫概況

該尾礦庫屬于一個中型工程，為三等，其位置在一主干系的支流河流上，并且還涉及到一個國家自然保護區的實驗區。該尾礦庫的總庫容是4940 萬立方米，其中調洪庫容是125 萬立方米，興利庫容是3520 萬立方米，死庫容是1295 萬立方米，該尾礦庫的主要擋水設施是一個砂礫石壩。該大壩的最大壩高是81.4 米。泄水設施則主要包含溢洪道、導流洞、泄洪排沙。該尾礦庫的主要設施如溢洪道、大壩、泄洪排沙兼導流洞等是按100 年一遇洪水標準進行的設計，其洪峰流量是530 立方米每秒。校核是200年一遇洪水，其洪峰流量是950 立方米每秒。施工期的臨時度汛洪水是按100 年一遇洪水，紅梗流量是530 立方米每秒，該尾礦庫的大壩平面布置示意圖請見圖1。

圖1 尾礦庫大壩平面布置示意圖

2 泄洪設施的布置

該尾礦庫的壩址的右岸牽扯到了一個國家自然保護區的實驗區，以及一個國家天然林保護區。并且大壩壩址所在位置是一個遼闊的不對稱“U”字形峽谷。該峽谷左岸有些彎曲，右岸則是比較順直。該峽谷右岸的條件不適宜修建泄洪設施，所以，綜合考慮交通、地形和地貌等因素，決定泄洪設施均在左岸修建。

2.1 布置溢洪道

方案有溢洪道方案、溢洪洞方案兩個方案，它們之間的對比，可以見表1。

表1 溢洪道方案、溢洪洞方案分析對比表

由上表可知，最終決定布置的方案采用岸坡式溢洪道方案，根據該方案布置溢洪道在左岸，緊靠著左壩肩。其組成部分包括泄槽段、引渠段、控制段、出口挑流消能段。并且在引渠段設置彎道，以便可以繞開左壩肩，把洪水排入到下游的河道。溢洪道的出口在山洪溝道的溝口，其軸線跟河道成30 度的夾角。

2.2 布置泄洪排沙兼導流洞

考慮到泄洪排沙兼導流洞既要排沙泄洪又要放空尾礦庫，以及施工導流度汛，所以它的洞軸線高程、洞進口都比較低，所以，在左右兩岸，它都可以布置在基巖之中，但是右岸比較陡峭，雖河岸比較的順直，階地卻高出河床130 米，不適宜洞進口在此進行布置。左岸雖河岸是比較彎的，卻比較適宜布置進口設施且其比較易進水。所以最終決定選擇左岸布置泄洪排沙兼導流洞。

3 設計泄水設施的體型

3.1 溢洪道

溢洪道采取了開敞式的溢洪道，長度共543.22 米，泄量最大為521.46 米，組成部分包括泄槽段、控制段、出口挑流消能段、引渠段等。

3.1.1 結構設計的重點

（1）挖掘的深度比較大，最深的地方可以挖到42 米。挖掘形成的高邊坡其所需的加固處理措施、穩定性是需要做好的重點。

（2）由于在左岸沒有天然形成的埡口，壩軸線與岸線又幾乎呈垂直。所以讓溢洪道繞開壩肩是比較有難度的。

（3）進水渠、泄槽擋墻都比較高，所以如何選擇擋墻結構對工程的安全來講是需重點考慮的地方。

（4）在工程中，控制段有一部分是在洪積礫石土中，這一片的地基，結構都比較松散，所以該處的持力效果也比較差、抗沖刷、抗滑的性能都比較低，對于這樣的情況，提高泄槽段的抗滑力、閘基的承載能力是重點，同時，做好控制段的截滲也是一個非常重要的方法，這些都需要重點考慮。

（5）在壩線下游的地方，該地左側有一個溝道，該溝道的溝口處于下游處壩腳的位置，其與溢洪道的出口相距較近，需要重點注意，其會對大壩的整體安全構成一定的危害。

（6）工程中因為護坦段齒槽、挑流消力池它們比河道的水位要低些，那么，在挖掘的時候，會出現河水倒灌的現象，這個地方需要高度重視。并且溢洪道的出口與壩體的壩腳在下游的地方靠的比較近，所以，這樣也會容易造成對壩腳、設施的破壞。

3.1.2 解決方案

（1）根據問題，經考慮，最后決定采取貼坡式擋墻、重力式擋墻+錨桿加固的結構。該結構可以很好地解決高擋墻的受力變形、穩定性等問題。并且這樣的設計不會使得擋墻體型很大，可以較好地減輕工程的經濟成本。進口引渠的左側墻，高15 米，直接現澆鋼筋混凝土貼坡式擋墻，其背部用錨桿定固，錨桿長三米，間距兩米?？刂贫伍l室至泄槽段，側墻高度為四米至十八米，直接現澆鋼筋混凝土衡重式擋墻。其背部、底板同樣用錨桿定固，錨桿長三米，間距兩米。

（2）對該問題的解決，經考慮，對進口引渠段運用直線段加弧段的方案。直線段長108.17 米，弧段長87.2 米。圓心角是103度，半徑是51 米。

（3）經考慮，對巖石邊坡采取現澆鋼筋混凝土網格梁、混凝土預制塊、錨桿進行防護的方案，其中錨桿的間距兩米，長四米。對砂礫石邊坡采取現澆鋼筋混凝土網格梁、混凝土預制塊的方案進行防護。并且與排水措施相結合以提高高邊坡的穩定性。

（4）為了解決控制段的閘基所存在的滲透的問題，以及存在的承載力的問題，經過慎重的考慮，決定采取截滲墻、刺墻、固結灌漿相結合的技術以解決上述存在的問題。將截滲墻、刺墻設立于閘墩的兩側之處，并且于刺墻、閘基下設立帷幕灌漿，這一設立是要沿著壩體瀝青心墻的中心線的，此為前提。具體的設置是將刺墻設立于閘的右側，刺墻的底部連接的是心墻的基座，刺墻的端部則連接的是瀝青心墻，刺墻是與控制閘進行的整體的設計。刺墻設計的高度是12 米，刺墻的厚度設計的是3.3 米。將刺墻設計完后，則設計將截滲墻設立于控制閘的左側之處，截滲墻是用現澆的鋼筋混凝土進行澆筑而成的。截滲墻的高度設計的為12 米，截滲墻的墻頂設計的厚度是1 米，墻底的厚度則設計的為3.3 米。需要知曉的是刺墻、截滲墻的中心線皆是瀝青心墻的中心線。

在進行固結灌漿的時候，是在閘基的基礎范圍內進行，布置的時候是按梅花形進行的，其深度為5 米。固結灌漿的間距與排距皆是3 米。為了解決泄槽的抗沖刷、抗滑能力比較差的問題，經慎重的考慮，將泄槽每隔15 米進行分縫，且使用搭接嵌套的方式將泄槽的底板連接起來，搭接底板的齒的厚度是1 米。

（5）為了解決水溝道對壩體構成的危害，采取措施，具體是將現在的水溝道進行改道，防護壩體的安全。經改道，將水流轉引入到河道，具體的做法是設立擋墻在水溝道的出口處，以便攔截泄水。且在河床的左側，挖掘排洪涵洞，以及護砌行溝道。這樣，可以將洪水導引到壩腳與泄洪洞出口之間的河道之中，將溝道的出口用擋墻擋了之后，再用其他工程的挖掘料將其夯填。如此，便能夠保障壩腳、擋墻的安全。

（6）對于河水倒灌的問題，可以在工程建設的時候，選擇在壩體下游的地方修建施工擋水圍堰。該圍堰在施工的時候可以發揮它的作用，在完工后，也是可以當做永久工程進行保留的。那么，可以經該圍堰以及相應的防護工程，通過它們的作用的發揮，可以很好地解決在施工期間的河水倒灌的問題，在運行期時候的水流對壩腳的沖刷破壞，也是可以有效的解決的。

3.2 泄洪排沙兼導流洞

泄洪排沙洞是有壓洞。泄洪洞的下泄流量是462 立方米每秒，校核洪水位的時候，泄洪洞的下泄流量是464.1 立方米每秒。根據前期運行需要的同時也考慮到年泥沙淤積的影響，所以泄洪排沙洞設置了低位、高位兩個進水口，低位進水口作用為保障施工期、前期的輸水，將其設置在了壩軸線上游125 米處。高位進水口作用為保障正常運行期、運行后期的輸水，將其設置在壩軸線上游278 米處。

3.2.1 結構設計的重點

（1）一個重點問題是隧洞圍巖地質條件比較差，開挖毛洞之后很難自穩。拱頂處、邊墻都容易變形坍塌。隧洞圍巖以砂質泥巖、夾砂巖為主，巖體的結構也是不均一。洞身的巖體巖性軟弱，透水性也比較差，巖體是比較軟的巖體，加之穩定性差，自穩時間比較短，局部常有坍塌現象，圍巖屬于四類圍巖。洞身局部受到相關地質、氣候影響，圍巖穩定性更差，極不穩定，出現地面塌陷現象，圍巖屬于五類類別。

（2）壩址左岸的隧洞比較多，既有原來的輸水洞，也有新建的輸水洞，還有導流洞等。隧洞較為集中，如何科學安排隧洞之間的距離、位置關系成為了關鍵問題。

（3）依照洞涇、最大泄量等數據，復核計算，隧洞泄洪最大流速為17.9 米每秒，泄洪流速比較高，所以在對隧洞洞壁抗沖耐磨的用料、洞身安全等問題是需要考慮的重點。

3.2.2 解決方案

（1）對于地質條件問題，進行加強支護。在頂拱180 度范圍內布置錨桿，錨桿間距1 米，長3 米。以梅花形布置掛鋼筋網。再于緊貼巖面處架設鋼拱架，噴2 米厚混凝土。二次襯砌現澆鋼筋混凝土，厚度達8 米，再迎水面架設鋼板，且預留灌漿孔。

（2）經勘查，原來的輸水洞的型式為城門洞型，其平面位置相交于左壩肩壩軸線?？紤]將泄洪排沙洞布置為與該輸水洞呈近平行狀，它們的間距是16 米。同時將泄洪排沙洞的洞底高程設計為低于原來的輸水洞的洞底高程。新建輸水洞與泄洪排沙洞平面相交，新建輸水洞高程高于泄洪排沙洞的洞頂。因為兩個洞相距比較近，開挖會易發生坍塌現象。新的輸水洞因為是長流水，有滲漏的現象，也需要加強排水和支護措施。因為原來的輸水洞相交與左壩肩，部分部位會影響尾礦庫的安全運行，所以對穿過左壩肩的原來的輸水洞洞段，采取使用混凝土灌漿封堵。

（3）對于水流高速沖刷的問題，采取隧洞二次襯砌混凝土，現澆抗沖耐磨的混凝土。并且再于迎水面加襯鋼板以便提高洞壁的抗沖耐磨的穩定性。

4 結語

該工程有受到復雜地質條件、較為順直的河谷、多工程交叉、國家自然保護區等多重因素的影響，在設計的時候，也要考慮安排好泄洪設施的布置、結構選型等問題，對于以上多個因素的制約、存在的問題，本文提出了相應的科學且經濟的可行性方案，希望能夠拋磚引玉，對同類型工程的泄洪設施的設置、結構選型能夠具有參考意義，也希望能有更好的方案出現供同行參考借鑒。尾礦庫的排洪方案做的好不好對尾礦壩的運行的安全性、穩定性有著舉足輕重的作用，一個好的排洪系統不僅僅能夠節省工程的投資成本，更重要的是能夠在最大程度上保障人民的財產不受損失、人民的安全不受到威脅，這是最重要的也是最本質的意義的所在。為此，作為業內人士更應時刻重視尾礦庫的排洪工作，時刻將人民的財產、安全放于心間，只有這樣，方能時刻警醒自己，不大意，不放松，做好相關安全工作。

為了更好的解決導流洞中高速水流沖刷的問題，文中選擇了一種新型的高強抗沖耐磨的混凝土進行現澆以解決該問題。為了在未來能夠更好地進一步量化材料的相應的抗沖耐磨的效果，可以對這種新型的抗沖耐磨的材料及其抗沖耐磨的效果做進一步的研究，這是未來的一個可以嘗試的研究的方向，相信會有更多的收獲的。