某铀尾矿库排洪隧洞渗漏修复措施

李从飞

(中核(江西)矿冶科技集团有限公司，江西 南昌 330006)

尾矿库用于处置金属、非金属矿山进行矿石选别后产生的尾矿。作为矿山开采的三大控制性建设工程之一，尾矿库是特殊的工业建筑物。尾矿不仅数量大，有些还含有暂时不能回收的有用成分，必须妥善处理，存放不妥会造成资源的流失或环境污染。尾矿库是坝体、防渗系统和排洪设施等各种构筑物的联合系统，其排洪设施主要用于排出库中的尾矿澄清水和大气降水。在中国尾矿库主要事故中，有高达33.3%的事故和排洪系统相关，其中金属矿山排洪系统引发的事故占整个尾矿库事故的50%[1]。尾矿库排洪隧洞出现的漏水、漏砂及混凝土脱落等情况跟尾矿库的运行时间和施工质量密切关联[2-4]。尾矿排洪设施出现问题将直接影响尾矿库的安全运行，会给尾矿库下游的人员财产和生态环境造成极大的危害。

某铀尾矿库排洪隧洞已运行40多年，排洪隧洞外观损坏严重，渗漏点较多，洞内两侧墙壁修补过的地方脱空和剥落比较严重。如不及时整治，隧洞的渗漏点和脱空剥落部位将会继续增多，导致洞内渗水量增加，影响隧洞的排洪安全性。对尾矿库排洪系统进行修复加固，确保排洪隧洞的安全运行十分必要。

1 尾矿库及排洪系统概况

尾矿库位于水冶厂北部约3 km的山谷中，1973年投入使用。尾矿库由初期坝和尾矿堆积坝组成，初期坝为碾压式均质土坝，坝顶标高为125 m，坝高约25 m，坝长145 m，坝内坡坡度为1∶2.5，坝外坡坡度为1∶2～1∶2.5。初期坝堆满后，设计采用尾矿堆坝，原设计尾矿坝最终堆积标高南沟165 m，北沟175 m[5]。

尾矿库采用井管式排洪系统，在库内南沟入口端设置3座直径2.5 m、高13.6 m的四柱叠圈式排洪井，排洪井之间由长约80 m的蛋形混凝土排水管连接。1#排洪井下游出口接圆拱直墙排水隧洞，隧洞外采用消力池进行消能。目前库内正常水位约148.5 m，正在使用2#排洪井(井顶标高149.14 m)进行排洪，1#排洪井已被尾矿淹没，停止使用。现有排洪隧洞全长约174 m，为圆拱直墙式钢筋混凝土结构，底宽2 m，直墙高1.5 m，拱高1 m。尾矿库及排洪系统如图1所示。

图1 尾矿库及排洪系统平面示意图

2 排洪隧洞渗漏调查

对尾矿库进行的排洪设施结构检测显示，排洪隧洞外观质量损坏严重，渗漏点较多，析钙比较严重；导渗管堵塞较多，导致水从裂缝处渗出；洞内两侧墙壁修补过的地方脱空和剥落比较严重。所检测部位的混凝土现龄期强度满足设计强度值，混凝土碳化深度在1.34～3.62 mm。对排洪隧洞所检测部位的钢筋保护层厚度抽检231点，和设计及规范要求的保护层厚度相比，合格点数为32点，合格率仅为13.9%。排洪隧道所检测部位的钢筋间距平均值满足设计及规范要求[6]。尾矿库排洪隧洞现状如图2所示。

3 渗漏封堵工艺

针对排洪隧洞的损伤调查情况，经综合评估后，确定采用排洪隧洞渗漏封堵修复方案，以治理渗漏水为主，补结构强度为辅[7]。排洪隧洞出口以上约20 m长的洞段位于山体以外，覆盖层不足1 m，不具备注浆和打设锚杆的施工条件；而且该段洞壁承压小，洞身完整性较好，因此不对该段隧洞进行整治，整治段总长度为154 m。

a—渗漏并析钙；b—析钙并有射流；c—边墙混凝土严重剥落；d—边墙混凝土脱空。图2 尾矿库排洪隧洞现状图

排洪隧洞整治采用壁后注浆和全段隧洞锚杆挂网喷射混凝土封闭堵漏加固方案，具体是先进行回填灌浆，然后对隧洞及排洪管原伸缩缝进行加固处理，再对隧洞拱顶及洞壁进行锚喷支护，最后浇筑双层钢筋网的隧洞底板混凝土。尾矿库排洪隧洞渗漏封堵方案如图3所示(图中长度单位：mm)。

图3 尾矿库排洪隧洞渗漏封堵方案示意图

4 排洪隧洞修复稳定性分析

4.1 物理力学模型建立[8]

尾矿库区的中风化云母片岩层顶埋深约27 m，上层为黏土及全风化、强风化云母片岩，隧洞埋深最大为37 m。建立数值模拟模型如图4所示。

根据尾矿库区勘查报告，在数值模型模拟计算中选取主要岩石初设力学参数见表1。

4.2 稳定性模拟计算

4.2.1 应力分析

隧洞修复前、后最大主应力云图如图5所示。现有隧洞作用在砌石支护结构上的最大拉应力为0.32 MPa，接近砌石结构的极限抗拉强度，可能产生拉伸破坏；支护后最大拉应力为0.83 MPa，远小于锚喷网支护结构的抗拉强度，保护了隧洞不产生破坏。

a—隧洞现状计算模型；b—隧洞修复后计算模型。图4 隧洞计算模型

表1 岩石力学参数表

4.2.2 位移分析

从位移结果来看，现有隧洞的最大变形量为0.96 mm，修复后隧洞的最大变形量为0.37 mm，缩小近2.6倍，修复方案实施后可很好的控制隧洞的收缩变形。隧洞修复前、后最大变形量如图6所示。

a—隧洞现状最大主应力；b—修复后隧洞最大主应力。图5 最大主应力云图

a—隧洞现状位移量；b—修复后隧洞位移量。图6 位移云图

4.2.3 塑性区分析

从塑性区分布结果来看，现有隧洞塑性破坏范围较大，且有拉伸破坏的发生；修复后围岩的塑性区变形范围大大减少，拉伸破坏消失，隧洞在修复范围内的岩体塑性破坏区域很少，整体稳定性得到了提升。隧洞修复前、后塑性区分布见图7。

a—隧洞现状塑性区分布；b—修复后隧洞塑性区分布。图7 塑性区分布图

5 渗漏封堵实施及封堵效果

5.1 渗漏封堵工程施工

1)回填灌浆。回填灌浆前，利用五矾剂和水泥混合制成的堵水材料将管壁漏水、射水处封堵。在隧洞内壁打孔进行周边回填灌浆，在隧洞拱顶、拱顶两侧及直墙两侧各布一排孔，横断面孔距纵向孔距均为3 m，梅花型布置，孔径50 mm，钻孔穿过现有隧洞侧壁并钻入原基岩外10 cm。灌浆液采用纯水泥浆，灌浆压力0.4～0.5 MPa，视具体情况分段选定灌浆压力。在规定压力下，灌浆孔注入率不大于1 L/min，持续10 min，灌注密实后即可结束灌浆[9]。

2)排洪隧洞及排洪管伸缩缝加固处理。以原伸缩缝为中心凿出一条底宽20 cm、深5 cm的规则平底梯形槽，清除槽底表面松动颗粒，用清水冲洗干净。对漏水的原伸缩缝进行全断面修补，修补顺序由底板向立面、顶面逐段推进。对漏水不明显的伸缩缝部位，先在槽底均匀涂刷一层环氧基液；30 min后用弹性环氧砂浆对伸缩缝进行嵌缝止水，再在缝两侧铺填防水环氧砂浆；然后将涂好环氧基液的橡皮板粘贴在环氧砂浆面层上，再用环氧砂浆对橡皮板进行封边。

3)锚杆打设。为使新老混凝土面结合牢固并可靠固定钢筋网，在喷混凝土及挂钢筋网之前，先在隧洞圆拱拱顶及内壁边墙打设间距1.2 m、长1.5 m的φ22 mm锚杆进行加固。锚杆钻孔应按设计图所示位置和长度进行，钻孔直径38 mm。插入钻孔后锚杆应露出钻孔口5 cm，方便挂设钢筋网。锚杆采用树脂锚固剂进行锚固，推入锚固剂前先用压风吹净钻内岩粉并清除积水。将锚固剂放入钻孔内，用锚杆将锚固剂轻轻推入孔底，然后开电钻旋转锚杆，边搅拌边用力将锚杆推至孔底，搅拌时间为锚固剂凝结时间，待凝结后再松开电钻和连接装置。

4)挂网喷射混凝土。喷射混凝土标号C30，喷射厚度5 cm，喷射压力0.1～0.3 MPa。采用干喷法，喷射作业前先进行试喷，以达到最佳水灰比。第一层的喷射混凝土初凝后，且固定锚杆的砂浆强度不低于设计强度的70%时开始挂设钢筋网。钢筋网规格15 cm×15 cm，纵向钢筋φ8 mm，环向钢筋φ10 mm。钢筋网面距离洞壁3 cm。钢筋网挂设完毕且第一层喷射混凝土终凝后开始喷射第二层混凝土。第二层混凝土的标号、喷射厚度及喷射压力与喷射第一层混凝土相同。

5)施工排水。由于隧洞内常年排水，为保证项目施工质量，项目施工期内需连续排水，设计在隧洞内每隔50 m设置一道挡水围堰，围堰由尾矿砂分层堆筑而成，压实度不小于0.9，外面包裹一层土工膜，堰高1.0 m，堰顶宽0.5 m，堰两侧边坡1∶1.5。施工前先利用潜水泵排干作业区上下游围堰之间的积水，施工过程中再持续将围堰上游侧的水流通过排水管抽送至下游围堰外侧，使上游水面始终低于上游堰顶标高，为施工创造出适宜的作业条件。

5.2 渗漏封堵实施效果

采用壁后注浆加锚杆挂网喷射混凝土修复方案对尾矿库排洪隧洞进行渗漏封堵，完成对排洪隧洞所有渗漏点的封闭处理和对混凝土剥落、起皮区域的修补。施工结束4个月后对排洪隧洞现场踏勘，排洪隧洞原渗漏点均得到有效控制，排洪隧洞已不存在渗漏水现象；排洪隧洞原支护混凝土剥落、起皮情况通过喷射混凝土施工，已形成了完整稳定的支护体，隧洞支护结构的承载力得到了提升。

6 结论

该尾矿库采用尾矿堆坝，随着矿山生产对库容的需求，筑坝高度不断增高，其排洪隧洞的安全稳定直接影响尾矿库的运行安危。采用壁后注浆加锚杆挂网喷射混凝土修复方法，处理排洪隧洞混凝土析钙剥落、砌体裂缝渗漏、围岩与混凝土衬砌体之间脱空渗漏等问题，施工方法简易、可靠。治理工程实施后，原渗漏点不再渗水，实现了对排洪隧洞整体加固，保证了尾矿库排洪系统的安全运行，有效预防了排洪系统渗漏引起的尾矿库安全事故。该治理方法可应用于类似尾矿库排洪系统渗漏问题的处理。