劉瀚和，趙自越

（中國(guó)瑞林工程技術(shù)股份有限公司，江西南昌 330038）

我國(guó)作為一個(gè)礦業(yè)大國(guó)，伴隨著礦產(chǎn)資源開發(fā)產(chǎn)生了大量尾礦庫(kù)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截止到2012年底，全國(guó)共有尾礦庫(kù)12 273座[1]。尾礦庫(kù)作為一種必要的尾礦堆存處置措施，也是重大危險(xiǎn)源。一般尾礦中含有大量的重金屬危害元素，一旦產(chǎn)生泄露或潰壩，尾礦及庫(kù)內(nèi)廢水將排入下游，將對(duì)下游環(huán)境及人民生命財(cái)產(chǎn)造成嚴(yán)重危害。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，將近20%的尾礦庫(kù)事故是由于洪水導(dǎo)致，主要原因包括排水泄流設(shè)施發(fā)生故障或損壞等[2]。

我國(guó)大多數(shù)尾礦庫(kù)采用上游式堆積筑壩型式，由于其排水系統(tǒng)進(jìn)水口需隨著壩體上升而逐漸提高，因而常采用排水井或斜槽作為進(jìn)水構(gòu)筑物。其中排水井由于進(jìn)水能力較強(qiáng)越來(lái)越多被采用。但近年來(lái)，隨著眾多尾礦庫(kù)使用到后期，陸續(xù)發(fā)生了多起排水井蓋板失事事故。本文通過(guò)2個(gè)典型案例，對(duì)排水井蓋板失事原因進(jìn)行擴(kuò)展分析，進(jìn)而提出系統(tǒng)的解決對(duì)策。

1 蓋板失事案例

從筆者所接觸的蓋板失事案例來(lái)看，以下2個(gè)案例具有典型代表意義。

1988年6月19～23日，東鄉(xiāng)銅礦尾礦庫(kù)排水井蓋板斷裂，導(dǎo)致泄漏尾砂約55 000 m3，外排尾礦水約6 000 m3，沖刷山坡泥石約6 000 m3，致使農(nóng)田44.76 hm2、魚塘1.47 hm2和7條灌溉渠道被污染。后期分析，排洪井蓋板失事的直接原因是礦方設(shè)計(jì)有誤，蓋板受力未能實(shí)現(xiàn)雙鉸拱環(huán)形受壓狀態(tài)，且配筋有誤；間接原因是施工質(zhì)量差原因[3]。

2015年11月23日晚，甘肅省隴南市西和縣甘肅隴星銻業(yè)有限責(zé)任公司選礦廠尾礦庫(kù)排水井水面下約6 m處的拱圈蓋板破裂，導(dǎo)致溢流井周圍尾礦漿流入太石河。此次事件有25 000 m3的尾礦及尾礦水泄漏，直接經(jīng)濟(jì)損失6 120.79萬(wàn)元。事件還造成了甘肅省西和縣至四川省廣元市境內(nèi)346 km河道銻濃度超標(biāo)，導(dǎo)致甘肅、陜西、四川3省10.8萬(wàn)人供水受到影響。后期分析，該事故蓋板失事的直接原因是排水井拱板與立柱之間較大縫隙未合理填塞，導(dǎo)致排水井拱板未形成雙鉸拱環(huán)形受壓狀態(tài)；間接原因有施工質(zhì)量差等原因[4]。

2 失事原因分析

一般而言，框架式排水井高15~24 m，蓋板高度一般為30 cm。對(duì)于常見的外徑為3 m尺寸排水井，其有6柱，在使用年限內(nèi)將有300~480塊蓋板投入使用。一座排水井從設(shè)計(jì)、施工、投入使用到后期封堵，一般運(yùn)行時(shí)間短則3~5年，長(zhǎng)則達(dá)10年以上，在這期間，任何一塊蓋板失事，都將導(dǎo)致泄漏，且事故的發(fā)生往往是由很多原因促成的。排水井蓋板失事的前期主要包括設(shè)計(jì)過(guò)程、施工過(guò)程、管理過(guò)程。這3個(gè)過(guò)程的主要參與方如自身出現(xiàn)失誤，或者在系統(tǒng)銜接上出現(xiàn)漏洞，都有可能導(dǎo)致事故的發(fā)生。下文從這3個(gè)過(guò)程的主體入手進(jìn)行蓋板失事原因分析。

2.1 設(shè)計(jì)因素

分析上述2個(gè)典型事故案例原因，主要是由于蓋板未能實(shí)現(xiàn)雙鉸拱環(huán)形受壓狀態(tài)，導(dǎo)致在蓋板受到尾砂及水的壓力時(shí)，其中間受到彎矩的作用拉裂，進(jìn)而折斷。圖1為典型1座外徑3 m的典型排水井平面圖。圖2為典型蓋板受力圖。

圖1 典型排水井平面

圖2 典型蓋板受力圖

由圖1可知，排水井由6根立柱和圈梁組成，外面設(shè)置蓋板。蓋板兩端與立柱突出部分垂直，當(dāng)收到均勻環(huán)向外壓時(shí)，蓋板通過(guò)立柱傳遞力，實(shí)現(xiàn)環(huán)向整體受力。根據(jù)計(jì)算，在此工況下，蓋板呈現(xiàn)理想的雙腳拱受力情況，僅受軸向壓力作用，而不存在彎矩及剪力的作用[5-6]。根據(jù)測(cè)算，30 m的尾砂及水壓力條件下，蓋板可采用C20鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，其厚度取10 cm，配筋只要滿足最小配筋率要求即可。

由圖2可知，當(dāng)立柱突出部分或者蓋板兩端不垂直，則蓋板受力狀態(tài)不再是環(huán)形受壓，而會(huì)出現(xiàn)類似梁的受力情況，從而出現(xiàn)彎矩受力情況。此時(shí)，按照上述配筋及結(jié)構(gòu)尺寸做的蓋板，其抵擋荷載能力大大降低，甚至僅能抵擋不到5 m高的尾砂和水壓力。這也是上述案例出現(xiàn)事故時(shí)，其尾砂和水的壓力荷載遠(yuǎn)沒有達(dá)到設(shè)計(jì)工況的主要原因。根據(jù)此情況，設(shè)計(jì)只要按照幾何尺寸設(shè)計(jì)，并進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算，蓋板安全是有保障的。

2.2 施工因素

蓋板一般采用鋼筋混凝土預(yù)制結(jié)構(gòu)，早期澆筑時(shí)常采用木模，施工質(zhì)量不高。近年來(lái)隨著鋼模的普遍使用，蓋板施工質(zhì)量有所提升。蓋板施工主要存在以下問題：1）蓋板幾何尺寸不滿足要求。有些蓋板的兩端沒有嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)來(lái)施工，呈現(xiàn)尖角狀。根據(jù)設(shè)計(jì)工況，此類蓋板放置于排水井時(shí)，不能起到拱的作用，容易出事。2）混凝土的質(zhì)量達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。施工單位不注重混凝土試驗(yàn)，配合比、水灰比、骨料質(zhì)量等未嚴(yán)格把關(guān)，均可能導(dǎo)致混凝土質(zhì)量強(qiáng)度不滿足要求。當(dāng)作業(yè)完成后未能及時(shí)養(yǎng)護(hù)，也可能導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度不能滿足要求。3）施工作業(yè)不規(guī)范。在立模時(shí)，未能考慮到澆筑和振搗時(shí)的力而導(dǎo)致脫模；在鋼筋放置時(shí)，未嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求做到混凝土保護(hù)層厚度；在澆筑時(shí)，振搗不足或過(guò)振導(dǎo)致蜂窩、麻面、溝洞嚴(yán)重，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不能滿足要求。上述3個(gè)主要因素均可能導(dǎo)致蓋板質(zhì)量不滿足設(shè)計(jì)要求，不能服務(wù)至排水井封堵時(shí)間。其中，第（1）條因素，是最容易忽視，也是最容易出現(xiàn)失事的情況。

2.3 管理因素

排水井服務(wù)周期較長(zhǎng)，后期運(yùn)營(yíng)管理時(shí)基本由礦方組織生產(chǎn)人員進(jìn)行蓋板安裝。管理主要存在以下問題：1）安全意識(shí)不強(qiáng)。多數(shù)尾礦操作工并不具備對(duì)尾礦庫(kù)、排水井等重要設(shè)施的安全意識(shí)。對(duì)于蓋板安裝，認(rèn)為只要當(dāng)時(shí)安裝上去，就沒問題了。2）對(duì)蓋板安裝要求不了解。安裝前對(duì)蓋板質(zhì)量沒有進(jìn)行認(rèn)真核實(shí)，對(duì)蓋板幾何尺寸不達(dá)標(biāo)或者多年露天放置而出現(xiàn)混凝土表面碳化的蓋板，以及存在漏筋情況的蓋板均不以為然。在排水井安裝蓋板時(shí)，多為水上作業(yè)，安裝時(shí)不注意用水泥砂漿填塞，有的用麻絲，甚至用小石塊填塞縫隙即完成安裝任務(wù)。

2.4 綜合分析

綜合分析上述3個(gè)因素，結(jié)合現(xiàn)有尾礦庫(kù)的實(shí)際運(yùn)行情況，多數(shù)呈現(xiàn)施工質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，安裝時(shí)不注意細(xì)節(jié)等情況。當(dāng)出現(xiàn)幾何尺寸不達(dá)標(biāo)或者安裝時(shí)填塞不好時(shí)，會(huì)導(dǎo)致蓋板受力不能呈現(xiàn)完整的雙腳拱環(huán)形受壓情況，此時(shí)危險(xiǎn)最大，應(yīng)堅(jiān)決杜絕。另外，3個(gè)因素中的任何因素的脫節(jié)，都會(huì)導(dǎo)致事故的發(fā)生。

3 解決對(duì)策

根據(jù)蓋板失事原因分析，本文從設(shè)計(jì)方、施工方、管理方3個(gè)方面提出建議，以此來(lái)提高蓋板運(yùn)行安全的可靠度。

3.1 設(shè)計(jì)方建議

設(shè)計(jì)方建議包括：1）施工圖明確。設(shè)計(jì)人員在施工圖設(shè)計(jì)時(shí)，要對(duì)蓋板內(nèi)外半徑、弧長(zhǎng)標(biāo)注清楚，對(duì)立柱突出部分的角度也需明確，務(wù)必確保蓋板兩端與立柱突出處幾何上呈垂直狀態(tài)。2）注重施工交底。在施工圖施工交底時(shí)，要明確排水井系統(tǒng)（蓋板）的重要性。鑒于現(xiàn)有施工技術(shù)的發(fā)展，建議設(shè)計(jì)提出蓋板施工時(shí)采用鋼膜，并對(duì)外觀尺寸要求、混凝土標(biāo)號(hào)、鋼筋保護(hù)層厚度強(qiáng)調(diào)說(shuō)明。3）注重安全管理要求的敘述。設(shè)計(jì)人員在施工圖的安全管理圖紙中，要明確排水井蓋板的安裝要求，并重點(diǎn)交代礦方尾礦庫(kù)管理人員。為便于礦方尾礦庫(kù)管理人員安裝蓋板，建議在每個(gè)立柱外側(cè)設(shè)置鋼筋，便于安裝時(shí)用力。4）注重驗(yàn)收程序。尾礦庫(kù)排洪系統(tǒng)竣工驗(yàn)收時(shí)，對(duì)蓋板的幾何尺寸、表面質(zhì)量、混凝土標(biāo)號(hào)驗(yàn)證記錄等進(jìn)行著重查看。若有不達(dá)標(biāo)，堅(jiān)決要求廢棄。

3.2 施工方建議

施工方在預(yù)制蓋板時(shí)，首先要認(rèn)真理解設(shè)計(jì)圖紙要求，并按照規(guī)范程序進(jìn)行施工作業(yè)。具體建議包括：1）蓋板預(yù)制時(shí)要求采用鋼模澆筑，確保幾何尺寸達(dá)到設(shè)計(jì)要求?？紤]模板支撐時(shí)，必須保證模板的變形要求，架力牢靠，不能在澆筑時(shí)跑?；蜃冃芜^(guò)大。澆筑前要涂抹脫模劑。2）重視混凝土試驗(yàn)。在實(shí)施澆筑前完成混凝土試驗(yàn)，以控制好原材料、水灰比、砂率、骨料級(jí)配、塌落度指標(biāo)。3）重視各環(huán)節(jié)細(xì)節(jié)要求。蓋板施工包括架設(shè)鋼筋、支模板、澆筑、養(yǎng)護(hù)等工序。鋼筋必須按照設(shè)計(jì)的直徑和位置架設(shè)，在架設(shè)時(shí)確保保護(hù)層厚度達(dá)標(biāo)。混凝土澆筑時(shí)，認(rèn)真振搗，不得漏振或過(guò)振。澆筑完成后必須保持一定強(qiáng)度后再拆模，拆模過(guò)早則容易引起裂縫。脫模后，必須加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，嚴(yán)防因暴曬失水，降低混凝土的強(qiáng)度和防滲、抗凍能力。4）必要時(shí)按照蓋板數(shù)量預(yù)留1.1~1.2倍的富余。由于蓋板使用時(shí)間較長(zhǎng)，難以確保每塊蓋板在后期仍能滿足設(shè)計(jì)要求。因此，建議施工時(shí)預(yù)留一些富余，防止當(dāng)蓋板不夠用時(shí)，礦方使用臨時(shí)隊(duì)伍澆筑的質(zhì)量不達(dá)標(biāo)的蓋板。

3.3 管理方建議

尾礦庫(kù)管理人員主要負(fù)責(zé)蓋板的安裝作業(yè)。幾百塊蓋板的安裝，任何一塊蓋板安裝不合理，均可能導(dǎo)致尾砂泄露事故的發(fā)生，因此管理人員應(yīng)首先在思想上重視起來(lái)。針對(duì)管理方的建議有：1）落實(shí)設(shè)計(jì)方的安裝蓋板要求，對(duì)安裝人員進(jìn)行培訓(xùn)上崗。2）安裝時(shí)重點(diǎn)把關(guān)。安裝蓋板前，要檢查蓋板是否滿足要求，幾何尺寸是否達(dá)標(biāo)。如果出現(xiàn)漏筋、蜂窩麻面較多的情況，堅(jiān)決不能再用。3）重視最后一道施工工序。蓋板安裝時(shí)，首先要將蓋板放置在合理位置，兩端與立柱突出部分呈垂直狀態(tài)，然后對(duì)縫隙進(jìn)行砂漿填實(shí)。4）對(duì)暫時(shí)不用的蓋板進(jìn)行保護(hù)。由于蓋板使用期限較長(zhǎng)，有條件的情況下，可以將蓋板放置于尾礦庫(kù)管理車間。沒有條件時(shí)，可采用防雨棚等對(duì)蓋板進(jìn)行防雨保護(hù)。

4 結(jié)語(yǔ)

排水井蓋板的安全是一個(gè)系統(tǒng)問題，設(shè)計(jì)過(guò)程、施工過(guò)程、管理過(guò)程的各參與方為蓋板安全的利益共同體，需按照各自的要求把好關(guān)。設(shè)計(jì)方在技術(shù)把控上，應(yīng)擔(dān)當(dāng)起對(duì)蓋板施工和管理安裝需符合雙腳拱環(huán)形受壓的設(shè)計(jì)工況的要求上，注重施工交底。施工方須嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)方的要求執(zhí)行到位，使蓋板質(zhì)量達(dá)標(biāo)。管理方應(yīng)重視排水井蓋板的重要性，注重細(xì)節(jié)把控，確保蓋板安裝后能達(dá)到設(shè)計(jì)運(yùn)行工況。