主動防護網在河北豐寧抽水蓄能電站地下洞室中的應用

李 軍，胡鵬飛，王艷梅，郭春陽

（中國水利水電第七工程局有限公司，四川成都 610213）

0 引言

抽水蓄能電站設計有主廠房、主變洞等大型地下洞室，因其跨度大、深度深，一般采用分層、分塊的方式逐層開挖。但隨著洞室的下挖，圍巖應力逐漸釋放，尤其是地質條件復雜的洞室，頂拱區域極易出現混凝土支護層開裂、脫空、甚至掉落等現象，嚴重影響下部施工安全，并使施工受阻。因此，河北抽水蓄能電站特在主廠房、主變洞及尾閘洞頂拱區域設置了主動防護網。

1 工程概況

河北豐寧抽水蓄能電站位于河北省豐寧滿族自治縣境內，為一等大（一）型工程。電站分兩期建設，總裝機360 萬kW，為目前在建世界裝機容量最大的抽水蓄能電站。電站一二期主廠房呈“一”字型布置，總長414m，最大斷面尺寸為25.0m×54.5m（寬×高，下同）；一二期主變洞呈“一”字型布置，總長450.5m，斷面尺寸為21.0m×22.0m；一二期尾閘洞由交通洞分成左右兩塊，斷面尺寸均為190.4m×11.2m×21.5m（長×寬×高）。

廠區共揭露大小斷層79 條，按走向分為NW、NWW 和NNE三組，其中以NNE、NW 組較為發育，以中等陡傾角為主，斷層帶寬度多小于1m，主要由斷層泥、碎裂巖、碎粉巖、碎塊巖等組成。所揭露斷層以 J304、f350、f358、f363、f368 等規模相對較大，斷層帶寬度1.5～7.5m，裂隙密集帶J304 寬度可達40m。同時，廠區的裂隙也較為發育，按走向可分為NE 和NW 兩組，均為共軛的剪切節理：其中，NE20～55°SE（NW）∠35～85°，多傾向 SE，中、陡傾角，多張開，充填白色鈣膜、銹膜、巖粉及碎裂巖屑，此組裂隙最為發育，延伸相對較短。NW290～310°NE（SW）∠40～70°，多傾向NE，中、陡傾角，多充填鈣膜、銹膜、巖粉及巖屑，此組裂隙延伸相對較長。

2 主動防護網工作原理

主動防護網由支撐繩、鋼絲繩網和鋼絲格柵網、縫合繩組成。鋼絲繩網和格柵網通過支撐繩掛設在彎鉤錨桿之上，通過支撐繩和縫合張拉（鋼絲繩網和鋼絲格柵網）來對網的局部預張拉，使防護網盡可能緊貼巖面，并形成了抑制局部巖體、噴混凝土支護層的移動或破壞后將其滯留原位附近的預應力，從而實現主動防護（加固）功能，保障下部安全。

3 主動防護網在洞室中的布置（見圖1）

圖1 主動防護網布置（以主廠房為例）

（1）主動防護網由支撐繩、鋼絲繩網和鋼絲格柵網組成。橫、縱向支撐繩的直徑為16mm；鋼絲繩網采用?8mm 的鍍鋅鋼絲繩，網孔間排距300mm×300mm；鋼絲格柵采用?2.2mm 鋼絲編織，網孔間排距為30mm×30mm（見圖2）。

圖2 主動防護網單元布置

（2）在網片節點處布設C25＠4.4m×4.4m，L=4.5m 彎鉤砂漿錨桿，予以掛設主動防護網。

（3）在每張主動防護網中部布設2C25＠1.5×1.5m，L=4.5m，入巖4.35m 墊板砂漿錨桿，以使主動防護網盡量貼緊巖面。

4 主動防護網施工工藝

4.1 錨桿施工

主動防護網的固定錨桿包括C25＠1.5m×1.5m，L=4.5m 砂漿墊板錨桿、C25＠4.4m×4.4m，L=4.5m 彎鉤錨桿，具體施工工藝如下：

4.1.1 彎鉤錨桿施工

錨桿主要采用100B 潛孔鉆鉆孔，注漿采用M30 水泥砂漿，采用“先注漿、后插桿”的施工工藝進行施工。

（1）施工工藝流程。

“先注漿后插桿”錨桿施工工藝如圖3 所示。

圖3 普通砂漿錨桿“先注漿后插桿”施工工藝流程

（2）施工方法。

①錨孔定位。根據錨桿設計間排距逐孔放好錨桿點位，并用紅油漆做好標記；②鉆孔、吹洗孔。錨桿采用100B 潛孔鉆造孔，鉆孔完成后用高壓水槍或風槍將孔清洗干凈，經驗收合格后方可進行下一道工序；③錨桿安插及注漿。砂漿按監理批復提供的配比拌制，注漿時將注漿管插至孔底，然后回抽5～10cm，在灌漿壓力下慢慢將注漿管拔出，保證注漿飽滿。注漿后立即安插錨桿并將孔口用水泥紙堵塞防止漿液倒流，然后打入木楔子固定錨桿。

4.1.2 墊板砂漿錨桿施工

錨桿采用100B 潛孔鉆鉆孔，注漿采用M30 水泥砂漿，采用“先注漿、后插桿”的施工工藝進行施工。

（1）施工工藝流程。

墊板砂漿錨桿“先注漿后插桿”錨桿施工工藝如圖4 所示。

圖4 墊板砂漿錨桿“先注漿后插桿”施工工藝流程

（2）施工方法。

①錨孔定位。按照設計藍圖要求采用測量儀器逐孔放好錨桿點位，并用紅油漆作好標記，鉆孔時嚴格按放好的錨桿孔開鉆，按照設計及規范要求進行施工，嚴格控制施工質量；②鉆孔、吹洗孔。錨桿采用100B 潛孔鉆造孔，鉆孔完成后用高壓水槍或風槍將孔清洗干凈，經驗收合格后方可進行下一道工序；③錨桿安插及注漿。錨桿絲扣采用車床進行加工，加工長度為20cm，墊板尺寸 20cm×20cm×1cm（長×寬×厚），墊板中部開 ?50mm 孔，半球型墊圈、螺母等材料運輸至現場備用。

造孔完成后，孔口30cm×30cm 范圍內采用M30 水泥砂漿找平，待砂漿強度滿足要求后按照“先注漿，后插桿”的施工工藝進行錨桿灌注。

砂漿按監理批復提供的配比拌制，注漿時將注漿管插至孔底，然后回抽5～10cm，在灌漿壓力下慢慢將注漿管拔出，保證注漿飽滿。注漿后立即安插錨桿并將孔口用水泥紙堵塞防止漿液倒流，然后打入木楔子固定錨桿，安裝墊板、球型墊圈和螺母，并采用100N·m 扳手扭緊。

雙層墊板砂漿錨桿第一層墊板安裝在錨桿安裝完成后進行，第二層墊板隨著主動防護網的鋪掛進行，并安裝于主動防護網外側面。

4.2 防護網鋪掛

主動防護網在彎鉤錨桿灌注完成并達到一定的錨固力之后進行鋪掛。首先進行縱橫向支撐繩的安裝，再進行鋼絲格柵網的安裝，鋼絲繩網的安裝隨鋼絲格柵網的安裝進行。

4.2.1 縱橫向支撐繩的安裝

縱、橫向支撐繩采用?16 高強度鍍鋅鋼絲繩。支撐繩安裝時，縱橫向支撐繩均穿過沿程鋼絲繩彎鉤錨桿的彎鉤，并用緊線葫蘆張拉至不再松動為止，兩端用繩卡固定。

4.2.2 鋼絲格柵網鋪設及縫合

鋼絲格柵網采用高強度熱鍍鋅鋼絲無扭結編制，網孔尺寸為30mm×30mm。在縱橫向支撐繩安裝完畢以后，整個系統從上往下鋪設鋼絲格柵網，格柵應覆蓋全部防護區域，網塊間搭接寬度不小于10cm，網塊間及網塊與支撐繩間用扎絲綁扎牢固，鋪設時格柵網應緊貼巖面布置。

4.2.3 鋼絲繩網鋪設及縫合

鋼絲繩網均采用?8 高強度鍍鋅鋼絲繩編制，網孔邊長300mm，成品網塊規格為4.5m×4.5m。在鋼絲格柵網鋪設的同時，鋼繩網也可同時鋪掛，每相鄰四根鋼繩錨桿構成的一個矩形單元內鋪設一張鋼繩網，網塊邊緣與支撐繩間用?8 高強度鍍鋅鋼絲繩縫合并用緊繩器進行預張拉緊固以后，縫合繩兩端用繩卡固定于鋼絲繩網適當位置的鋼繩上。

5 結語

主動防護網技術在河北豐寧抽水蓄能電站三大洞室中應用效果明顯，利用鋼絲繩等具有良好柔性的特點，即鋪設簡單、防沖擊能力強、能夠實現部分負荷整體承受，有效地提高了洞室頂拱區域的整體穩定性，大大降低了三大洞室施工過程中安全風險。因其良好的防護性能和較長的使用壽命，更為電站運行期的安全提供了保障，具有很高的推廣和應用價值，可為類似工程施工提供參考。