邢皓晨 王保民

中北大學(xué)化工與環(huán)境學(xué)院

解析某高速公路與尾礦庫的相互影響

邢皓晨 王保民

中北大學(xué)化工與環(huán)境學(xué)院

分析繁-大高速公路建設(shè)與繁峙縣恒源礦業(yè)有限責(zé)任公司尾礦庫之間的相互影響，提出相應(yīng)防護(hù)措施，分析采取措施之后尾礦庫和高速公路的相互影響。得出結(jié)論，在采取相應(yīng)防護(hù)措施后，保證安全的前提下可以大大降低二者之間的相互影響，保證企業(yè)安全生產(chǎn)的同時(shí)節(jié)約企業(yè)運(yùn)行成本。

尾礦庫；高速公路；安全評(píng)價(jià)

尾礦庫對(duì)工程的–影響主要為發(fā)生洪水、泥石流、地震等不良地質(zhì)作用和地質(zhì)災(zāi)害時(shí)造成壩體垮塌，形成尾礦流[1]。危害下游高速公路路基、橋梁安全；尾礦庫庫岸側(cè)壁黃土受尾礦水的浸泡，易發(fā)生崩塌、滑塌現(xiàn)象。下游工程對(duì)尾礦庫也有一定的影響[2-3]。因此，分析尾礦庫和下游工程設(shè)施之間的相互影響，對(duì)其安全性具有重要的意義。

1 工程概況

1.1 高速公路概況

繁峙至大營高速公路是山西省高速公路網(wǎng)布局規(guī)劃的“3縱11橫11環(huán)”中第3橫的重要組成部分，它東接擬建的王莊堡－五臺(tái)高速公路，直抵京津冀地區(qū)，西接大營－河曲高速公路，可達(dá)陜北府谷、神木，是我國中西部內(nèi)陸省區(qū)的出海通道之一。

1.2 尾礦庫概況

繁大高速公路在K8+345處通過繁峙縣恒源礦業(yè)有限責(zé)任公司尾礦庫庫區(qū)。該選礦廠年處理原礦20萬噸，年生產(chǎn)鐵精礦粉8萬噸。年產(chǎn)生干選廢石2萬噸、尾礦砂10萬噸。尾礦堆積干容重1.55t/m3，故年排尾礦量6.45萬立方米。

該尾礦庫初期壩為透水混合壩，建于溝谷較窄處，下部5m采用采場廢石和河床礫石堆筑（包括0.5m的碎石過渡層、褥墊層）；上部3m采用現(xiàn)場混合料堆筑。初期壩壩高8m，壩頂標(biāo)高975m，壩頂寬度設(shè)計(jì)為4m，壩外坡比1∶2.5，內(nèi)坡比1∶2，壩軸線長度約100m。筑壩方式為分層碾壓，每層厚度200~300mm，碾壓后孔隙率小于30%。在壩體內(nèi)坡設(shè)反濾層。根據(jù)實(shí)測圖，現(xiàn)壩頂標(biāo)高984.3m，分三期子壩進(jìn)行堆積，一期子壩壩頂標(biāo)高977.1m，二期子壩壩頂標(biāo)高981.0m，三期子壩壩頂標(biāo)高984.3m。

2 高速公路與尾礦庫相互影響分析

2.1 尾礦庫最終運(yùn)行參數(shù)

根據(jù)《繁峙縣恒源礦業(yè)有限責(zé)任公司尾礦庫初步設(shè)計(jì)（安全專篇）》設(shè)計(jì)要求，尾礦庫最終壩高為990m，該尾礦庫調(diào)洪高度計(jì)算。

水文計(jì)算參數(shù)：匯水面積，F(xiàn)溢流=0.26km2；流域長度，L溢流=1.35km；主河道縱向平均坡度，J溢流=40‰。

按《忻州市水文水利計(jì)算手冊》（2009年12月）中的地區(qū)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算。

設(shè)計(jì)洪水總量計(jì)算公式如下：

式中：

hp—設(shè)計(jì)洪水徑流深，mm；

F—流域面積，km2。結(jié)果，見下表。

表 計(jì)算參數(shù)及洪水總量計(jì)算

尾礦庫水域面積為29 950m2，調(diào)洪高度為：4 620÷29 950=0.2m。

結(jié)合《尾礦庫安全技術(shù)規(guī)程》與調(diào)洪校核的相關(guān)內(nèi)容，該尾礦庫為五等庫，最小安全超高0.4m，調(diào)洪高度0.2m，最大風(fēng)壅水面高度設(shè)定為0.4m，該尾礦庫最高水邊線高度達(dá)到989m。

2.2 高速公路對(duì)尾礦庫發(fā)展影響分析

目前高速公路涵洞底標(biāo)高為987.254m，為了高速路能在安全條件下運(yùn)行，尾礦庫的最高水邊線標(biāo)高只能達(dá)到987.254m。該溝谷內(nèi)987.254m至989m處庫容約為101 440m3，高速公路減少尾礦庫排尾101 440m3，對(duì)尾礦庫的庫容影響較大。

2.3 尾礦庫對(duì)高速公路影響分析

尾礦庫水邊線標(biāo)高達(dá)到987m后，庫區(qū)沉積水將浸泡高速公路路基，影響高速公路路基穩(wěn)定性。現(xiàn)狀尾礦庫攔洪壩建設(shè)位于原設(shè)計(jì)位置上游約560m，增大了高速公路上游匯水面積。同時(shí)，尾礦為細(xì)顆粒固體物，易起揚(yáng)塵，影響高速公路視線。

3 采取高速公路保護(hù)措施后影響分析

3.1 擬采取的保護(hù)措施

為了減少高速路對(duì)尾礦庫庫容的影響，擬對(duì)該高速路采取保護(hù)措施，在K8+320~K8+400段路線南側(cè)設(shè)置尾礦壩（尾礦壩：攔擋尾礦庫庫內(nèi)蓄水，避免尾礦庫蓄水浸泡路基），攔水擋壩標(biāo)高以991.0m控制（高于規(guī)劃尾礦庫排放標(biāo)高2m），確保尾礦庫不會(huì)浸泡路基邊坡，不影響公路的正常使用、不降低路基的長期穩(wěn)定性。同時(shí)由于上游沖溝內(nèi)匯水無法從K8+345箱涵排出，需在K8+320~K8+400段路線北側(cè)，填平上游小型沖溝（匯水面積0.1m3，流量2.9m3/s，百年一遇）。

3.2 采取保護(hù)措施后相互影響分析

修建尾礦庫上游壩及填平上游小型沖溝的方式對(duì)高速路進(jìn)行保護(hù)，在保護(hù)設(shè)施正常運(yùn)行下，減小了庫區(qū)匯水面積，從而減小了庫區(qū)防洪壓力，尾礦庫可正常運(yùn)行至設(shè)計(jì)高程，并且對(duì)高速公路路基基本不會(huì)產(chǎn)生影響。但結(jié)合庫區(qū)現(xiàn)狀情況，高速公路從庫區(qū)穿過，在采取相關(guān)安全措施后對(duì)尾礦庫仍存在以下影響：結(jié)合庫區(qū)現(xiàn)狀情況，高速公路從庫區(qū)穿過，占用了庫區(qū)的庫容，占用量約為6000m3；高速公路采取措施后，上游攔水壩的維護(hù)責(zé)任變?yōu)楦咚俾方ㄔO(shè)方，高速路建設(shè)方需承擔(dān)上游擋水壩及排水溝的日常維護(hù)責(zé)任；可能存在因高速公路的建設(shè)，造成尾礦庫使用到后期，無法再進(jìn)行增高擴(kuò)容的情況。

4 結(jié)論

在不采取任何措施的情況下，高速公路的建設(shè)影響尾礦庫的庫容為101440m3。在采取相關(guān)保護(hù)措施的條件下，尾礦庫可以運(yùn)行至設(shè)計(jì)高程，并對(duì)高速公路路基不產(chǎn)生影響，占用庫容6000m3，比不采取措施大大降低。但是高速公路的修建可能影響下一步尾礦庫的延期許可，可能造成尾礦庫使用到后期，無法再進(jìn)行增高擴(kuò)容的情況。

[1] 李全明,張興凱,王云海,等.尾礦庫潰壩風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型研究[J].水力學(xué)報(bào),2009,40(8):989-994

[2] 李又云.王城高速公路穿越尾礦庫路堤沉降分析[D].山西:長安大學(xué),2013

[3] 張劍.繁峙至大營高速公路繞避尾礦庫路線方案設(shè)計(jì)[J].山西建筑,2013,39(30):139-141