防渗膜截渗墙在露天煤矿防渗中的应用

刘亚运

（上海远方基础工程有限公司，上海市 200436）

混凝土防渗墙技术在20 世纪50 年代初期起源于欧洲，意大利、法国等国最先采用这种技术，随后又传到墨西哥、加拿大、日本等国[1]。20 世纪50 年代初，第一座防渗墙在巴舍斯坝修建，为连锁桩柱型防渗墙。我国的防渗墙建设开始于20 世纪50 年代末期，于1958 年在山东青岛月子口水库建成，在该水库的斜墙土坝的坝踵形成了一道深20 m、长742 m、厚43 cm 的混凝土防渗墙[2]。混凝土防渗墙是土木工程中的重要基础结构，其应用范围涉及多个方面，包括水利工程、港口工程、市政工程等。

国内对于防渗墙工程的研究多集中于水利工程（如大坝、河道）中的防渗墙研究[3-8]，也有部分对支护工程进行了研究[9-12]，鲜有在露天煤矿中采用截渗墙作为防渗措施。近年来，随着地下连续墙技术应用的不断拓展，防渗膜截渗墙作为地下连续墙工艺发展的产物，对保证露天矿的安全生产、减少矿内渗漏具有重要作用，本工程的成功补充验证了防渗膜截渗墙在露天煤矿中的应用。

该露天煤矿地质储量超过5 亿t，可采储量近4亿t，2019 年经国家煤矿安全监察局核定生产能力1 200 万t/a。该矿累计可采厚度为76.7 m，目前开采标高为+260 m，最终标高+120 m。该矿区内含煤地层全部被冲积、洪积形成的富水性强的第四系含水层所覆盖。目前开采深度位于水位高度以下，导致矿区易出现渗水以及由渗水引起的滑坡等病险，该矿区每年矿内排水处理需花费超2 亿元。已探明该矿452平盘下岩层分布：上层为砂卵石层，厚度为5～12 m；
中层为泥岩层，厚度为4～8 m；
下层为煤岩层，如图1所示。综合工程实际情况、技术工艺和经济因素等多方面考虑，对该矿452 平盘采用防渗膜截渗墙进行截渗处理。

图1 地层分布图

2.1 工程布置目的

本工程中防渗膜截渗墙除险的主要目的是：利用防渗膜截渗墙实现矿区内防渗，减少矿区内降水处理费用；
有效保护防渗墙作用的内部区域，减少矿内因渗漏导致的滑坡等灾害的出现，提高矿内作业安全性。

2.2 方案选择

为了实现截渗墙处理部位的防渗效果，防渗膜截渗墙方案采用混凝土与防渗膜组成的复合截渗墙；
导墙、路面混凝土浇筑采用C25 混凝土，截渗墙浇筑采用抗渗混凝土，防渗膜采用高密度聚乙烯膜（HDPE 防渗膜），以此保证混凝土截渗墙的截渗效果。图2 为防渗膜截渗墙的组合示意图，防渗膜利用铺膜机进行铺膜工作。

图2 防渗膜截渗墙组合示意图

采用垂直铺膜技术，该技术使用自制铺膜机进行施工。铺膜机如图3 所示。防渗膜底部安装混凝土配重，方便防渗膜铺设，配重为20 cm×25 cm×80 cm的混凝土块，每幅防渗膜下均匀布置4 块配重，相邻渗膜之间搭接1 m，防渗膜铺设完成后进行混凝土浇筑。

图3 铺膜机施工图

本工程所采用的混凝土配比见表1，测试结果见表2。

表1 混凝土配比

表2 混凝土配合比试验结果

2.3 墙体厚度设计

本工程中墙体的厚度主要由水力坡度所决定，同时还应考虑作业环境和结构使用年限等因素。塑性混凝土水力坡度为20，根据SL174－2014 规范标准：深度不大于80 m 的混凝土截渗墙，其底部厚度可选择为600～800 mm，结合抗渗混凝土的试验和以往工程经验，经过综合分析后，本工程墙体厚度将设置为0.8 m。

3.1 施工方法

本工程共计3 种槽段：首开槽、连接槽和闭合槽。首开槽段宽度设计为8 m，连接槽段幅宽设计为7 m，闭合槽段幅宽设计为6 m。截渗墙槽段开挖采取分段开挖的方式，单幅槽采用“三抓法”施工。抓斗抓出的槽内土体直接由自动装卸车运至弃土场。在抓斗施工中，如果遇到坚硬土层或岩石，则采用铣槽机进行入岩，入岩深度控制在3 m。

3.2 泥浆配比及性能指标

在泥浆制备过程中，泥浆配比为：膨润土6% ～8%，先在搅拌桶内加入1/3 高度的水，开启搅拌机后不断向桶内加水，同时按照配合比加入各种材料。搅拌器搅拌完成后注入储浆池，静置24 h 后再使用。

3.3 清孔标准

施工过程中，对于槽内清孔必须按照标准严格控制，避免造成胶体黏结强度不足。清孔过程中，先在离槽底1～2 m 处进行试吸，避免闷管；
再将清孔管底部吸浆口靠近槽底，距离控制在20～30 cm 处，确保清底效果达到要求，避免清孔效率低。

表3 泥浆性能

抗渗混凝土试样送检检验结果如下：7 d 抗压强度与28 d 抗压强度分别为10.9 MPa、17.4 MPa，混凝土抗渗等级为P6。根据《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ 55—2011）规定，本工程混凝土防渗墙符合设计要求。

从1990 年8 月15 日开始疏干排水至2010 年末，日均排水量为43.8 万m3/d。历年排水量见表4。

表4 矿内年度疏干排水量

在防渗膜截渗墙施工完成后，该矿内日均疏干排水量为7.270 8 万m3/d，日均排水量较1990—2010 年减少36.529 2 万m3，减少幅度达到83.4%。该结果表明，防渗膜截渗墙对于矿区内截水防渗作用非常明显，能大幅度降低矿内疏干排水量与排水费用。

基于某露天煤矿防渗膜截渗墙项目，综合分析防渗膜地连墙的施工过程，结合现场施工实况，得出如下结论：

（1）采用自制铺膜机进行防渗膜垂直铺设效果优良，该铺膜机可以作为后续类似工程辅助工具。

（2）防渗膜截渗墙防渗效果能充分满足露天煤矿防渗要求，极大地降低矿区内排水费用，经济性佳。

（3）提出的防渗膜截渗墙是该类工程新的截渗方法，该方法的提出拓展了地连墙的应用领域，具有良好的应用前景。