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user: 6. 水闸墙厚度计算与选择 6.1. 水闸墙承受水压的确定 8201运输巷水闸墙位置巷道标高为+1242.76 m，河流在工作面正上方位置地面标高为+1302 m，因此运输巷水闸墙承受的水头值59.24 m，水头压力取值为0.6 MPa，回风巷设计水闸墙处巷道标高为+1253.402，水压取值为0.49 MPa。 为安全起见，两巷闸门承受水压设计取值为1.0 MPa。 6.2. 水闸墙的结构形式及厚度计算 根据水闸墙设计水压选取相应的结构形态 [ 9 ] [ 10 ] ，一般1.6 MPa以下可采用圆柱形结构和楔形结构。本次设计选用楔形结构，水闸墙墙体的采用单级平面型混凝土防水墙，水闸墙的厚度主要根据水压、巷道断面大小、岩石的力学性质及墙体材料的强度来确定。设计混凝土强度等级为C30，弯曲抗压强度值fcm = 21.5 MPa，混凝土轴心抗压强度设计值fc = 15.0 MPa。 防水墙厚度计算公式为： L = H + B 4 tan α ( 1 + 4 γ 0 γ f γ d H B P ( B + H ) 2 F c c − 1 ) (1) 式中： B——闸阀墙体前后巷道净宽，m； H——墙体前后巷道净高，m； α—凸缘基座支撑面与硐室中心线夹角，一般取α = 20˚~30˚；本设计取20˚； f cc ——素混凝土的轴心抗压强度设计值，其值为混凝土轴心抗压强度设计值fc乘以系数0.95确定，(MPa)； γ 0 ——结构的重要性系数，取1.1； γ f ——作用的分项系数，取1.3； γ d ——结构系数，取1.20~1.75，巷道净断面大时取大值；本设计取1.6； P——设计承受的水压，MPa； 运输巷、回风巷槽水闸墙参数选取 B——4.8 m； H——2.5 m； α——20˚； f cc ——15 × 0.95 = 14.25 MPa； γ 0 ——1.1； γ f ——1.3； γ d ——1.6； P——1 Mpa。 经计算，水闸墙厚度为0.35 m，安全系数取7，本设计水闸墙墙体厚度L = 3 m。 回风巷水闸墙计算参数与运输巷水闸墙计算参数一致，因此运输巷、回风巷水闸墙厚度均取3 m。 6.3. 水闸墙、挡水墙的墙体形态 考虑到水闸墙在施工时引水问题，在运输巷、回风巷水闸墙施工前，首先在两巷各施工一道挡水墙，水闸墙与挡水墙间距5 m；挡水墙只起到临时挡水作用，所以挡水墙用水泥或黄土袋垒两排，两排中间空隙0.5 m填充黄土，挡水墙施工1.5 m高，在挡水墙埋置1趟6吋管排水管，挡水墙及水闸墙位置及前后5 m范围内巷道内的杂物、矸石清理干净。 水闸墙以长方形嵌入巷道顶、底板及两帮内，顶板嵌入深度不低于0.5 m，底板嵌入深度不低于0.5 m，两帮煤墙内嵌入深度不低于1.0 m，水闸墙为密闭形式，施工所选位置巷高为2.5 m。在距离墙体中心向左侧0.5、1.2 m，距离巷道底板0.5 m、0.8 m高的位置埋设两趟引水管(见水闸墙引水管布置示意图)，引水管均使用钢管。其中，位于下部的6吋引水钢管主要用于将水引出水闸墙，便于施工挡水墙，该引水管应埋设于挡水墙内，引水管露出水闸墙0.3 m处焊接法兰盘，并连接6吋闸阀，并安装压力表；闸阀外接0.3 m 6吋引水管，再焊接一个6吋不锈钢闸阀。另一趟6吋引水钢管只需埋设于水闸墙内，用于将水引入二盘区采区水仓，同样需外端焊接法兰盘，并连接两个6吋闸阀，并安装压力表；埋设在水闸墙里的排水管部分要用钢筋焊接0.3~0.5 m不等的倒刺。 为增加水闸墙抗压强度，在顶底板及两帮每隔0.8 m分别施工三排金属螺纹锚杆Φ20 × 2200 mm；锚杆间距为0.8 m，露出岩石表面0.8 m，露出段锚杆扭弯成直角，扭弯段长0.3 m，所有锚杆扭弯后朝向一个方向。水闸墙每充填0.5高应平行墙体加入三根废旧钢轨或工字钢，其长度为掏槽后巷道的宽度，以加固墙体(8201工作面挡水墙设计图见图1)。 6.4. 水闸墙施工选用材料 主要材料有砂子、石子、铁条、金属螺纹锚杆和水泥。 砂子：中、粗粒砂，洗干净； 石子：粒径5~20 cm的硬质岩块； 水泥：425#普通硅酸盐水泥； 金属螺纹锚杆：Φ20 mm × 2200 mm； 材料配比：1 m 3 混凝土材料用水泥:砂子:石子 = 1:2:4 (体积比)。 6.5. 水闸墙施工工艺及要求 1) 水闸墙及前20 m、后10 m的巷道要进行插管注浆加固，采用固邦特化学浆液，用以封闭顶、底板及两帮围岩裂隙，并提高围岩强度。注浆管垂直于巷道顶、底板及两帮打设，深度2 m，间排距0.8 × 1.0 m，注浆时插管深度0.6 m，浆液外溢即可停止注浆。注浆前，对运输巷、回风巷两帮补齐帮锚网支护。 2) 处理活矸：在施工前将巷道周边活动的和松动的矸石处理掉，防止活矸影响防水墙的注浆质量。 3) 开挖掏槽：巷道挑顶、扩帮、卧底时采用风镐施工，禁止放炮掏槽。挑顶、卧底深度0.5 m，扩帮深度1.0 m，掏槽宽度3 m。 4) 打锚杆：在顶、底板及两帮每隔0.8 m打一根锚杆，规格为Φ20 × 2200 mm；锚杆里段锚固，外露出岩墙0.8 m，外露段锚杆扭弯成90˚，扭弯段长0.3 m，用于增加墙体与围岩的结合力。 5) 挡水墙：距水闸墙5 m以里处，施工挡水墙，用水泥或黄土袋垒两排，两排中间空隙0.5m填充黄土，要求挡水墙施工1.5 m高，在挡水墙埋置6吋排水管，水闸墙及挡水墙位置及前后5 m范围内巷道内的杂物、矸石清理干净。 6) 埋设管路：在距离挡水墙中心向左侧1.2 m、底板0.5 m高处预先埋设直径6吋引水钢管，外端焊接法兰盘，并安装两个6吋闸门，以便连接引水管。在距离水闸墙中心向左侧0.5 m、底板0.8 m高处预先埋设直径6吋引水钢管，外端焊接法兰盘，并安装两个6吋闸门，以便连接引水管。埋设在水闸墙里的排水管部分要钢筋焊接0.3~0.5 m不等的倒刺。 7) 在预先埋设的两趟钢管进水口处必须设置过滤网，防止杂物堵塞进水口，导致无法引水。过滤网要求长、宽、高分别不低于0.5 m，并且要固定牢固。 图1. 8201工作面挡水墙设计图 8) 模板搭建：使用厚度不低于30 mm、长度不低于5 m木板进行模板搭建。里侧模板从卧底处底板，依次从下往上钉木板，直至木板结实顶板，一次搭建完成。木板与木板之间使用扒钉固定牢固，木板与木板之间缝隙使用胶带或水泥摸实，确保无缝隙。在水闸墙体浇筑之前，从卧底后底板开始，每隔0.5 m高度，在墙体中部预埋三根废旧钢轨或工字钢，其长度与墙体宽度一致，工字钢间距0.8 m，距模板两侧1.0 m。最后按照里侧模板搭建方式搭建外侧模板。外侧模板先搭建1 m高，随着浇筑每升高0.5 m，向上延一次模板，直至完成整个水闸墙模板施工。 9) 浇筑混凝土：浇筑时，严格按照配比配料，下部可以采用机械振动棒、上部用钎子搅拌捣实。 10) 在进行混凝土浇筑时根据设计在水闸墙体周边预先埋设6分的注浆管，其中两帮肩窝及底角各埋设一根注浆管，进液口提前焊接好快速接头，外露长度以不影响注浆为宜。注浆管末端管口在墙体中间部位并紧邻围岩，提前将注浆管口用塑料纸包扎好。 11) 在水闸墙凝固两天后，通过埋设的注浆管对水闸墙与围岩之间的接触面缝隙进行注浆加固，注浆压力若达到1.0 MPa之上并能稳定10分钟以上，且无跑浆现象，则停止注浆。否则，再继续注浆，(每次注浆结束后要将管路通开，以防止堵孔)，直至达到设计要求。注浆采用水泥浆，水灰比为1:1。 12) 在预埋管注浆完成后，对墙体周边再进行一次补孔注浆加固，并加固控制至水闸墙顶部、底部及两帮外围，防止局部裂隙漏水。 13) 水闸墙施工完成等凝固后，关闭引水管闸阀，观察墙体密闭效果是否能达到要求，出现漏水根据情况进行注浆处理。 6.6. 工程施工要求 1) 施工单位接到设计后及时编制施工安全技术措施及报相关部门审批，并选派技术熟练、责任心强的员工参加水闸墙的施工。 2) 在施工墙体之前必须对墙体前后巷道加固；施工中加强敲帮问顶，将工作面的危石，浮石及时用长把工具撬下，指派专人监护帮顶。 3) 利用风镐掏槽时，尽量避免围岩松动，保持围岩的完整性。 4) 掏槽和岩粉清除干净后，向生产部进行汇报，生产部组织相关科室人员进行验收，确保干净无渣无活矸方可立模和进行混凝土浇筑。 5) 施工水闸墙所用材料必须达到设计要求，石子、沙子要干净无杂物。混凝土不得直接在巷道底板上搅拌。 6) 混凝土浇筑与外模体同时进行，中间不得间断，以防墙体产生接茬，形成薄弱部位。 7) 模板与模板之间，模板与围岩之间，必须封严，防止震动时砂浆流出模板外。在浇筑过程中，必须用钎子搅拌捣实，每增加500 mm厚时，必须全面捣实一次，特别是在振捣墙体边缘时，应将振动棒插入下一层中，以消除层间接缝获得整体效果。浇灌后的砼必须均匀致密，严禁出现蜂窝状或局部出现砂浆与碎石分离现象。 8) 交接班时，墙体所留接触面必须拉毛，否则下班施工前必须拉毛。 9) 水泥浆最后封顶时，必须使用砂浆，并用钎子等物体将其捣实，以防漏水、渗水。 10) 浇筑混凝土时应按设计预留注浆管，管头捆扎塑料薄膜封口以防止注浆管堵塞。墙体浇筑完毕后及时按设计进行注浆。 11) 墙体与巷道围岩、各种管路之间要结合紧密。严格控制工程施工期间的工程质量。 12) 水闸墙外铺设的引水管放实并加工架子做好掩护，防止底板变形、顶板冒落破坏引水管。 13) 引水管要加长，将水引入巷道水沟中，并将出口固定，严禁将水引入溜煤眼或造成出口积水横流。