主动防护网在河北丰宁抽水蓄能电站地下洞室中的应用

李 军，胡鹏飞，王艳梅，郭春阳

（中国水利水电第七工程局有限公司，四川成都 610213）

0 引言

抽水蓄能电站设计有主厂房、主变洞等大型地下洞室，因其跨度大、深度深，一般采用分层、分块的方式逐层开挖。但随着洞室的下挖，围岩应力逐渐释放，尤其是地质条件复杂的洞室，顶拱区域极易出现混凝土支护层开裂、脱空、甚至掉落等现象，严重影响下部施工安全，并使施工受阻。因此，河北抽水蓄能电站特在主厂房、主变洞及尾闸洞顶拱区域设置了主动防护网。

1 工程概况

河北丰宁抽水蓄能电站位于河北省丰宁满族自治县境内，为一等大（一）型工程。电站分两期建设，总装机360 万kW，为目前在建世界装机容量最大的抽水蓄能电站。电站一二期主厂房呈“一”字型布置，总长414m，最大断面尺寸为25.0m×54.5m（宽×高，下同）；一二期主变洞呈“一”字型布置，总长450.5m，断面尺寸为21.0m×22.0m；一二期尾闸洞由交通洞分成左右两块，断面尺寸均为190.4m×11.2m×21.5m（长×宽×高）。

厂区共揭露大小断层79 条，按走向分为NW、NWW 和NNE三组，其中以NNE、NW 组较为发育，以中等陡倾角为主，断层带宽度多小于1m，主要由断层泥、碎裂岩、碎粉岩、碎块岩等组成。所揭露断层以 J304、f350、f358、f363、f368 等规模相对较大，断层带宽度1.5～7.5m，裂隙密集带J304 宽度可达40m。同时，厂区的裂隙也较为发育，按走向可分为NE 和NW 两组，均为共轭的剪切节理：其中，NE20～55°SE（NW）∠35～85°，多倾向 SE，中、陡倾角，多张开，充填白色钙膜、锈膜、岩粉及碎裂岩屑，此组裂隙最为发育，延伸相对较短。NW290～310°NE（SW）∠40～70°，多倾向NE，中、陡倾角，多充填钙膜、锈膜、岩粉及岩屑，此组裂隙延伸相对较长。

2 主动防护网工作原理

主动防护网由支撑绳、钢丝绳网和钢丝格栅网、缝合绳组成。钢丝绳网和格栅网通过支撑绳挂设在弯钩锚杆之上，通过支撑绳和缝合张拉（钢丝绳网和钢丝格栅网）来对网的局部预张拉，使防护网尽可能紧贴岩面，并形成了抑制局部岩体、喷混凝土支护层的移动或破坏后将其滞留原位附近的预应力，从而实现主动防护（加固）功能，保障下部安全。

3 主动防护网在洞室中的布置（见图1）

图1 主动防护网布置（以主厂房为例）

（1）主动防护网由支撑绳、钢丝绳网和钢丝格栅网组成。横、纵向支撑绳的直径为16mm；钢丝绳网采用ϕ8mm 的镀锌钢丝绳，网孔间排距300mm×300mm；钢丝格栅采用ϕ2.2mm 钢丝编织，网孔间排距为30mm×30mm（见图2）。

图2 主动防护网单元布置

（2）在网片节点处布设C25＠4.4m×4.4m，L=4.5m 弯钩砂浆锚杆，予以挂设主动防护网。

（3）在每张主动防护网中部布设2C25＠1.5×1.5m，L=4.5m，入岩4.35m 垫板砂浆锚杆，以使主动防护网尽量贴紧岩面。

4 主动防护网施工工艺

4.1 锚杆施工

主动防护网的固定锚杆包括C25＠1.5m×1.5m，L=4.5m 砂浆垫板锚杆、C25＠4.4m×4.4m，L=4.5m 弯钩锚杆，具体施工工艺如下：

4.1.1 弯钩锚杆施工

锚杆主要采用100B 潜孔钻钻孔，注浆采用M30 水泥砂浆，采用“先注浆、后插杆”的施工工艺进行施工。

（1）施工工艺流程。

“先注浆后插杆”锚杆施工工艺如图3 所示。

图3 普通砂浆锚杆“先注浆后插杆”施工工艺流程

（2）施工方法。

①锚孔定位。根据锚杆设计间排距逐孔放好锚杆点位，并用红油漆做好标记；②钻孔、吹洗孔。锚杆采用100B 潜孔钻造孔，钻孔完成后用高压水枪或风枪将孔清洗干净，经验收合格后方可进行下一道工序；③锚杆安插及注浆。砂浆按监理批复提供的配比拌制，注浆时将注浆管插至孔底，然后回抽5～10cm，在灌浆压力下慢慢将注浆管拔出，保证注浆饱满。注浆后立即安插锚杆并将孔口用水泥纸堵塞防止浆液倒流，然后打入木楔子固定锚杆。

4.1.2 垫板砂浆锚杆施工

锚杆采用100B 潜孔钻钻孔，注浆采用M30 水泥砂浆，采用“先注浆、后插杆”的施工工艺进行施工。

（1）施工工艺流程。

垫板砂浆锚杆“先注浆后插杆”锚杆施工工艺如图4 所示。

图4 垫板砂浆锚杆“先注浆后插杆”施工工艺流程

（2）施工方法。

①锚孔定位。按照设计蓝图要求采用测量仪器逐孔放好锚杆点位，并用红油漆作好标记，钻孔时严格按放好的锚杆孔开钻，按照设计及规范要求进行施工，严格控制施工质量；②钻孔、吹洗孔。锚杆采用100B 潜孔钻造孔，钻孔完成后用高压水枪或风枪将孔清洗干净，经验收合格后方可进行下一道工序；③锚杆安插及注浆。锚杆丝扣采用车床进行加工，加工长度为20cm，垫板尺寸 20cm×20cm×1cm（长×宽×厚），垫板中部开 ϕ50mm 孔，半球型垫圈、螺母等材料运输至现场备用。

造孔完成后，孔口30cm×30cm 范围内采用M30 水泥砂浆找平，待砂浆强度满足要求后按照“先注浆，后插杆”的施工工艺进行锚杆灌注。

砂浆按监理批复提供的配比拌制，注浆时将注浆管插至孔底，然后回抽5～10cm，在灌浆压力下慢慢将注浆管拔出，保证注浆饱满。注浆后立即安插锚杆并将孔口用水泥纸堵塞防止浆液倒流，然后打入木楔子固定锚杆，安装垫板、球型垫圈和螺母，并采用100N·m 扳手扭紧。

双层垫板砂浆锚杆第一层垫板安装在锚杆安装完成后进行，第二层垫板随着主动防护网的铺挂进行，并安装于主动防护网外侧面。

4.2 防护网铺挂

主动防护网在弯钩锚杆灌注完成并达到一定的锚固力之后进行铺挂。首先进行纵横向支撑绳的安装，再进行钢丝格栅网的安装，钢丝绳网的安装随钢丝格栅网的安装进行。

4.2.1 纵横向支撑绳的安装

纵、横向支撑绳采用ϕ16 高强度镀锌钢丝绳。支撑绳安装时，纵横向支撑绳均穿过沿程钢丝绳弯钩锚杆的弯钩，并用紧线葫芦张拉至不再松动为止，两端用绳卡固定。

4.2.2 钢丝格栅网铺设及缝合

钢丝格栅网采用高强度热镀锌钢丝无扭结编制，网孔尺寸为30mm×30mm。在纵横向支撑绳安装完毕以后，整个系统从上往下铺设钢丝格栅网，格栅应覆盖全部防护区域，网块间搭接宽度不小于10cm，网块间及网块与支撑绳间用扎丝绑扎牢固，铺设时格栅网应紧贴岩面布置。

4.2.3 钢丝绳网铺设及缝合

钢丝绳网均采用ϕ8 高强度镀锌钢丝绳编制，网孔边长300mm，成品网块规格为4.5m×4.5m。在钢丝格栅网铺设的同时，钢绳网也可同时铺挂，每相邻四根钢绳锚杆构成的一个矩形单元内铺设一张钢绳网，网块边缘与支撑绳间用ϕ8 高强度镀锌钢丝绳缝合并用紧绳器进行预张拉紧固以后，缝合绳两端用绳卡固定于钢丝绳网适当位置的钢绳上。

5 结语

主动防护网技术在河北丰宁抽水蓄能电站三大洞室中应用效果明显，利用钢丝绳等具有良好柔性的特点，即铺设简单、防冲击能力强、能够实现部分负荷整体承受，有效地提高了洞室顶拱区域的整体稳定性，大大降低了三大洞室施工过程中安全风险。因其良好的防护性能和较长的使用寿命，更为电站运行期的安全提供了保障，具有很高的推广和应用价值，可为类似工程施工提供参考。