桃园矿高压防水闸墙设计与施工实践

胡满聪

摘 要：文章对桃园矿Ⅱ6轨道大巷防水闸墙的设计思路与施工中遇到的问题进行了详细分析，并提出了合理的解决方法。

关键词：防水闸墙；突水；浇铸；注浆加固

1 概述

桃园矿Ⅱ6轨道大巷在10煤层底板施工，工程施工期间主要受底板太原组灰岩水及顶底板砂岩裂隙水威胁。巷道施工期间发生底鼓并突水，突水水量35m3/h。采取注浆工程堵水，钻孔施工过程中单孔最大灰岩涌水量150m3/h，巷道退后改向。为确保巷道施工安全，采取防水闸墙封闭原巷道。

2 突水巷道水文及地质概況

Ⅱ6轨道大巷位于10煤层底板、太原组一灰顶板，突水点巷道底板标高-788.5m，上距10煤层底板法距40m，下距一灰顶界法距11m，煤岩层平均倾角40°。巷道内主要岩性为砂岩、泥岩，采用“U型棚+注+锚”支护，巷道尺寸5.2m×4.2m。巷道近平行于岩层走向施工，突水点附近太灰孔实测水压为4.4MPa。

3 防水闸墙的计算及设计

防水闸墙的位置选在距离底鼓15m围岩未受破坏处，对周围岩石取样委托中国矿业大学进行力学指标测试，得到水闸墙附近参考岩石强度指标为：抗压强度18.74MPa，破坏载荷36.15KN。墙体采用钢筋混凝土结构，混凝土型号选用C30，轴心抗压强度14.30MPa、弯曲抗压强度16.50MPa、抗剪强度1.4MPa。根据实测突水水压4.4MPa，留设1.5倍安全系数，设计抗水压能力为6.6MPa。

3.1 墙体厚度计算

根据《采矿工程设计手册》墙体厚度计算公式为：

式中：L-闸门墙体长度；P-闸门墙体的设计水压，取6.6MPa；？酌0-结构的重要性系数，取1.1；？酌f-作用的分项系数，取1.3；？酌d-结构系数，取1.75；L1-闸门墙体应力衰减段计算长度，m；ln-自然对数符号；ft-混凝土轴心抗拉强度设计值，取1.43N/mm2；L0-闸门墙体应力回升段长度，取2.0m；

3.2 墙体嵌入围岩深度计算

墙体嵌入围岩深度计算公式为：

3.3 参数选取

由于本次设计承受水压达6.6MPa，从安全的角度考虑，水闸墙采用双段楔形墙体设计，厚度取10m，嵌入围岩深度取2.0m。但结合实际情况，巷道采用的“U型棚+锚杆+注浆”支护，不具备楔形墙体向两帮刷大条件，拟采用“T”型墙体，墙体厚度10m，嵌入围岩深度取1.5m。

4 防水闸墙安全施工技术措施

4.1 墙体施工工艺要求

（1）墙体形状设计为T型直墙式，分两段浇铸；墙体来压侧原有巷道的周边用200mm厚的混凝土加固20m，外侧加固5m；（2）每段闸墙体和护砌段应整体砌筑，里段墙体中增加2道钢轨（长7.20m），垂直巷道钢轨前铺设一层钢筋网，平行巷道铺设两层钢筋网；网格间距1.0m；（3）防水闸墙施工期间予埋2根四寸高压防腐蚀钢管，长为12米，钢管里侧一端用铁网护好，防止矸石堵住钢管；外侧安装水压表、闸阀；（4）墙体浇注前对巷道四周用风镐凿毛，为使原岩体不受破坏，掏槽部分不得使用爆破；（5）墙体周围对称施工φ22螺纹锚杆与注浆锚杆，螺纹锚杆长3.4m，株排距0.5m×0.5m，外露长度不小于0.6m，每段墙体内部采取钢筋绳加固；注浆锚杆长2.4m，株排距1.5m×1.5m；（6）对原有水沟进行刷大，排水沟内敷设一路10排水管，边施工边浇筑，工程结束后对预留水路进行水量观测；（7）混凝土砌筑前，要将底部浮货全部清除干净；墙内混凝土由内向外，由下向上一次浇注。若一次浇注困难时，两次浇注时间间隔不大于8小时。为保证每段混凝土浇筑为一体，在下一段混凝土浇筑前，应将上一段表面用风镐或手镐凿毛，并用清水冲洗干净；（8）混凝土标号为C30，1m3混凝土配比为水175kg、水泥（42.5#）461kg、中砂512kg、砾石（ <40mm）1252kg；配合比为：0.38：1：1.11：2.72。混凝土搅拌时，严格控制水灰比，所用水要清洁，入模时须用插入式震捣棒，边捣边注，直到水灰分离；（9）墙体分阶段施工，每阶段完成后，在巷道周围施工注浆孔，注马丽散；（10）在施工段巷道顶板呈扇形布置6根注浆花管、两侧预留4根注浆花管，花管进入巷帮0.5m。墙体施工完毕后对顶板及两帮采取壁后注浆，注实墙体与围岩间岩石裂隙。注浆终压为6.6MPa。

4.2 注浆加固

墙体施工结束半个月后，对防水闸墙进行耐压试验，试验压力不小于6.6MPa，注浆期间由专人观察墙体渗水情况，耐压时间不小于36小时。如果耐压试验达不到工程设计要求或渗水量较大，进一步采取措施进行墙体注浆加固。

5 问题与建议

（1）防水闸墙底板标高为-788.3m，地压较大，加之下方受太原组灰岩含水层4.4MPa水压影响，防水闸墙附近巷道应力集中区变形严重且变形速度较快。在无法有效控制其变形的情况下，我们采取了对后方巷道预注浆并加长墙体长度，加长段墙体施工工艺与原墙体相同，工程结束后累计墙体长度达15m；（2）防水闸墙最高处达7.2m，人工浇铸劳动强度高、难度大，建议采用大功率矿用搅拌机及输送带送料，巷道顶端应尽量浇铸充实；（3）第二段墙体浇铸约0.5m高时，因人为因素，排水沟内预先埋设的10寸排水管不慎损坏，水管内有30m3/h的活水且水管变形严重，部分水从排水管外流出致使混凝土无法浇铸。经测量，损坏处位于两根水管接茬附近，重新卧底更换水管后得以解决。在施工过程中应仔细操作，避免失误与不正确操作。