铀尾矿库排洪系统渗漏整治方案

胡良才

（中核第四研究设计工程有限公司）

排洪系统是尾矿库必须设置的安全设施，其安全性直接关系到尾矿库的防洪安全［1-2］。我国发生过多起排洪系统破坏引起的尾矿库事故，2020 年3 月28 日，鹿鸣矿业尾矿库排洪系统因施工质量问题，导致4 号排洪井倒塌，进而发生尾矿泄漏事故，超过232 万m3尾矿及水下泄至依吉密河，影响农田及林地超过873 万m2，直接经济损失4 420.45 万元。栗西沟尾矿库也曾因排洪隧洞坍塌，导致大量尾矿流出库外，造成经济损失高达3 200 万元［3］。据统计，我国尾矿库事故中，因排洪系统破坏导致的约占三分之一［4］，有色金属矿山中因排洪系统破坏引发的尾矿库事故则高达50%［5-6］。排洪系统破坏，还可导致尾矿库内洪水不能及时渲泄，造成洪水漫顶溃坝，严重威胁下游居民生命及财产安全［7-8］。

国内外学者对尾矿库排洪系统进行了诸多研究，陈欢等［9］采用经验公式法分析了井管式排洪系统泄流能力。孙东坡等［6］针对尾矿库排洪系统内流态较差，影响泄流能力及泄洪安全的问题，采用模型试验对排洪系统体型进行了优化研究。张进等［10］采用水工模型试验研究了头石山尾矿库泄流能力、水面线等水力学参数。一系列研究成果对于保障尾矿库排洪系统安全运行提供了很好的技术支撑，但研究多集中在新建排洪系统体型设计及优化方面，对运行中排洪系统故障修复关注较少。

为此，针对已运行40 余年的某铀尾矿库排洪系统存在的多处析钙、渗漏及钢筋锈蚀等问题，对该排洪系统进行整治，消除其安全隐患，对保证排洪系统整体安全性，确保铀尾矿库安全稳定运行具有十分重要的意义。

1 工程概况

某铀尾矿库位于矿山水冶厂西南方约1.2 km 的山谷中，1976年8月基建，1979年4月投入使用，为山谷型尾矿库。该尾矿库由初期坝、堆积坝、排洪系统等组成，初期坝高17.5 m，堆积坝设计坝高47.5 m，设计总坝高65.0 m，根据《核工业铀水冶厂尾矿库、尾渣库安全设计规范》（GB 50520—2009）［11］，该库为三等库。

尾矿库排洪系统由排水斜槽、排洪管、排洪井、排洪隧洞、消力池等组成。其中，排水斜槽为双格型，每格断面（宽×高）1.0 m×1.0 m，总长90 m，斜槽起点标高352.41 m，终点标高399.0 m，设计最终进水标高约388.0 m。排水斜槽下游为排洪管，排水斜槽和排洪管连接部位设有消力池，消力池长9.0 m，宽3.0 m，深3.0 m。排洪管为钢筋混凝土结构，横断面为鸭蛋形，高2.1 m，宽1.4 m，长200 m。排洪管末端连接排洪井，排洪井为框架式结构，采用井圈逐层加高，排洪井顶标高358.0 m，井底标高346.0 m，井高12.0 m，直径2.4 m。排洪井下游为城门洞型排洪隧洞，隧洞断面（宽×高）2.5 m×2.8 m，长340 m。隧洞下游为排洪陡槽，陡槽长65 m，宽2.0 m，深2.0 m。陡槽末端连接消力池，消力池长13.5 m，宽3.0 m，深4.2 m。目前，尾矿堆积标高超过排洪井顶标高，排洪井已封堵，尾矿库利用排水斜槽排泄入库洪水。

2 排洪系统渗漏情况

该尾矿库排洪系统自建成至今已运行超过40 a，检测发现蛋形排洪管混凝土衬砌连续完整，管顶和侧面见少量细微裂缝、气孔，衬砌施工缝漏水严重，有面渗和点渗并伴有析钙现象，存在质量缺陷。排洪井井架混凝土推定强度为29.6～25.0 Mpa，老井圈混凝土推定强度为21.2～19.4 MPa，老井圈混凝土强度较低，预制井圈混凝土表面有剥蚀、疏松和析钙现象，局部有裂缝且钢筋锈蚀严重。尾矿库排洪隧洞洞身整体完整性较好，局部存在缺陷，混凝土衬砌施工缝出现不同程度漏水，隧洞洞身存在不同程度的裂缝、点渗、面渗及脱空现象，混凝土析钙严重，钢筋锈蚀锈渣水渗出附着混凝土表面，钢筋锈蚀程度较大，存在不稳定性因素［12］。排洪系统现状见图1。

3 整治方案

为有效处理渗漏问题，保证排洪系统结构安全，设计对排洪系统进行回填灌浆、施工缝渗漏治理、排洪隧洞喷锚支护，对存在质量缺陷的排洪井进行封堵。

3.1 回填灌浆

在排洪隧洞拱顶、两侧直墙及底板各布1排灌浆孔，纵向孔距3.0 m，孔径50 mm，钻孔穿过现有隧洞底板及侧壁钻入原基岩内10 cm。灌浆液为纯水泥浆，灌浆压力0.4～0.5 MPa，注入率不大于1 L/min，灌浆孔停止吸浆后再持续10 min，可终止灌浆。为保证灌浆效果，进行回填灌浆前，先用堵水材料封堵排洪隧洞洞身渗漏处，堵水材料采用水泥和五矾剂混合制成。

3.2 施工缝渗漏治理

对漏水的施工缝进行全断面修补，修补顺序为先底板，后侧壁，最后拱顶。根据施工缝渗漏程度不同，采用不同的处理方法。施工前，先准备橡皮板，将6 mm 厚橡皮板截成长条状，宽分别为20，30 cm。用锉刀将橡皮板正反两面锉毛，其中正面两侧各锉7～8 cm宽，反面两侧各锉3～4 cm宽。

对于渗漏不明显的施工缝，以施工缝为中心凿出规则平底梯形槽，槽底宽20 cm、深5 cm，清除槽底松动的颗粒，用清水冲洗干净。在槽底均匀涂刷环氧基液，30 min 后用弹性环氧砂浆嵌缝止水，再在施工缝两侧铺填防水环氧砂浆。铺填环氧砂浆时需留出中间施工缝部位，两侧的防水环氧砂浆铺填完毕后用弹性环氧砂浆将施工缝补平至顶部。利用环氧基液将凿毛的橡皮板黏贴在环氧砂浆面层，之后固定立模施压，施压时间不少于24 h，最后用环氧砂浆对橡皮板进行封边处理。施工所用环氧砂浆可采用水下环氧固化剂酮亚胺进行配制，弹性环氧砂浆采用聚硫橡胶作改性剂。渗漏不明显施工缝治理示意见图2（a）。

对渗漏严重，存在明显射流的施工缝，先进行堵漏处理。以施工缝为中心凿出规则平底梯形槽，槽底宽30 cm、深3 cm，以渗漏点为中心继续向下凿出直径8～15 cm、深3～5 cm 的锥形坑。利用胶管导出渗漏水，采用快凝灰浆封闭胶管周圈，过程中持续转动导水胶管，防止材料硬化无法取出导水管。快凝灰浆凝固后，拔出导水管，将预先搓好的与导水管外径接近的快凝灰浆条塞入孔中并填缝。水压力较大无法直接封堵时，可用直径合适的木楔强行打入漏水口，减缓出水量，再封堵快凝灰浆。快凝灰浆可采用水玻璃水泥胶浆，水玻璃、水泥配比为1∶0.5～1∶0.6，可根据现场实际情况适当调整灰浆配比。因快凝灰浆凝结时间较短，灰浆从拌合到操作完成以1～2 min 为宜，操作时需特别迅速，避免灰浆凝固。采用快凝灰浆填补锥形工作坑时应预留3～5 cm 高度，用于回填弹性环氧砂浆。整平固化后的灰浆表面刷环氧基液，0.5 h 后在施工缝两侧铺填防水环氧砂浆，在快凝灰浆上部铺填弹性环氧砂浆。利用环氧基液将凿毛的橡皮板黏贴在环氧砂浆面层，之后固定立模施压，施压时间不少于24 h，最后用环氧砂浆对橡皮板进行封边处理。渗漏明显施工缝治理示意见图2（b）。

3.3 排洪隧洞喷锚支护

（1）打设锚杆。为提高排洪隧洞结构安全性，对隧洞进行喷射混凝土加锚杆支护。锚杆采用φ22 mm螺纹钢筋，布设在隧洞拱顶及两侧直墙，锚杆长1.5 m，间距1.2 m。钻孔直径38 mm，锚杆插入钻孔后应露出钻孔5 cm 以便于挂设钢筋网。锚杆采用树脂锚固剂锚固，加入锚固剂前先采用压风吹干净钻孔内岩粉及积水。锚固剂放入钻孔内后，用锚杆轻轻将锚固剂推至孔底，之后开启电钻旋转锚杆，边搅拌边用力将锚杆推至钻孔底部，搅拌时间即为锚固剂凝胶时间，凝胶后松开电钻及连接装置。需提前浸泡的锚固剂必须严格按照使用说明操作，不得超过规定的浸泡时间。锚固剂硬化前，不得敲击、碰撞或牵拉锚杆。

（2）喷射第1 层混凝土。锚杆打设完成后、喷射混凝土前应将隧洞内杂物清理干净，凿除隧洞内侧表面蜂窝、麻面、露筋等，并充分凿毛，之后采用高压水枪清洗，以便喷射得新、老混凝土结合牢固。喷射混凝土前先在隧洞内侧壁面涂混凝土界面处理剂，界面处理剂固化前喷射混凝土，界面处理剂可选用环氧树脂系。

喷射混凝土标号C30，水泥与砂石质量比为1∶3.5～1∶4.0，砂率50%～60%，水灰比0.42～0.50。所用水泥标号不低于425，优先选用天然砂，砂细度模数2.5～3.0，含水率5%～7%，施工前进行喷射混凝土配合比试验。喷射混凝土的初凝时间不大于3 min，终凝时间不大于12 min，28 d 强度不低于设计强度的90%。混凝土采用潮喷法喷射，第1 层喷射厚度5 cm，喷射压力0.1～0.3 MPa。为增强防渗效果，混凝土中可加入防水剂，防水剂掺量约4%～6%，还可在混凝土中掺入速凝剂，以保证混凝土初凝时间等指标满足规范要求，添加剂用量由现场试喷试验确定。

（3）挂钢筋网。喷射的第1层混凝土初凝且锚杆固定砂浆强度不小于设计强度值的70%时挂钢筋网，钢筋网规格15 cm ×15 cm，纵向钢筋直径φ8 mm，环向钢筋直径φ10 mm。钢筋网面与锚杆之间应牢固联结，网面距离隧洞内侧壁面3 cm，挂网前应清除污锈。

（4）喷射第2层混凝土。钢筋网挂设完毕且喷射的第1 层混凝土终凝后即喷射第2 层混凝土，混凝土参数及施工方法与第1 层相同。喷射混凝土每隔10～15 m 设一道伸缩缝，伸缩缝宽2 cm，缝内用沥青麻筋或油毛毡堵塞。伸缩缝处钢筋网应断开，遇隧洞原施工缝时与原施工缝重合。

（5）浇筑底板混凝土。由于隧洞底板损坏严重，为增加底板强度，在底板浇筑20 cm 厚C30 混凝土，新浇筑混凝土中布设上下双层钢筋网，底层钢筋网两侧应各沿洞壁向上延伸30 cm，钢筋网保护层厚度不小于3 cm。混凝土中应掺加防水剂，掺量根据现场试喷试验确定。喷射混凝土和浇筑混凝土干透后，在整个隧洞内侧壁面刷一层FH-JTR 混凝土聚脲防水防腐涂料作为混凝土保护涂层。隧洞喷锚支护示意见图3。

3.4 排洪井井座封堵

尾矿库排洪井井圈内表面见细微裂缝、气孔，局部有严重剥蚀现象，存在质量缺陷。设计采用钢筋混凝土盖板封堵排洪井井座，防止排洪井事故导致放射性尾渣随排洪系统冲出库外。封堵排洪井井座后，用尾渣回填填平井座上部排洪井空间。

3.5 施工排水

尾矿库排洪系统正处于使用状态，排洪系统内处于常年流水状态。为保证排洪系统整治施工的质量，施工期间需将排洪系统内水流截断排出库外，因此设计在排洪管及排洪隧洞内每间隔50 m 设置一道挡水围堰。挡水围堰高1.0 m，顶宽0.5 m，围堰上下游边坡1∶1.5，采用黏土分层压实堆筑而成，黏土压实度不小于0.9，黏土外侧包裹1.5 mm 厚土工膜，土工膜双面加糙。

整治工程施工前先用潜水泵排出作业区上下游围堰之间积水，施工过程中通过排水管持续将上游围堰拦截的雨水抽送至下游围堰下游，保持上游围堰前水面始终低于堰顶标高，为顺利施工创造适宜作业条件。为减少施工期排水量，整治工程施工应尽量避开雨季。

3.6 整治效果分析

施工结束3 个月，对排洪系统进行现场检查，排洪管、排洪隧洞洞身及施工缝渗漏问题得到有效解决。喷射混凝土表面光滑无裂缝，起到了很好的支护作用，排洪系统结构安全性大大提高。

4 结 语

采用回填灌浆、施工缝渗漏治理、喷锚支护等措施对某铀尾矿库排洪系统渗漏问题进行整治。整治工程实施后，排洪系统渗漏问题得到解决，排洪系统结构安全性、尾矿库防洪安全性得到提高。整治方法施工工艺简单、效果良好，可用于国内外尾矿库排洪系统渗漏问题治理。