1、功果桥水电站主厂房顶拱掉块处理摘要：功果桥水电站地下主厂房开挖过程中洞室顶拱出现掉块现象，在采取临时处理措施进行防护后，通过仔细分析掉块产生的原因，进行处理方案比选，最终采用 GPS2 型主动防护网进行处理，处理效果良好。 关键词：地下厂房；顶拱掉块；主动防护网；功果桥水电站 中图分类号：TM622 文献标识码：A 文章编号： 1 引言 功果桥水电站位于云南省云龙县大栗树西侧，是澜沧江中下游河段梯级开发的第一级电站。电站枢纽工程为大（2）型工程，以发电为主，正常蓄水位 1307m，相应库容 3.16 亿 m3，死水位 1303m，电站装机容量为 900MW，具日调节能力。 工程枢纽由碾压混凝土
2、重力坝、河床坝身泄洪建筑物、右岸地下引水发电系统组成。碾压混凝土重力坝坝顶高程 1310m，最大坝高 105m，坝顶总长 361m。引水发电系统布置在右岸山山体内，主要建筑物由岸边式进水口、引水洞、主厂房、主变洞、尾水调压室、尾水系统、地面出线站等组成。 2 顶拱掉块现象 功果桥电站主厂房最大开挖尺寸 175m27.4m74.45m（LBH） ，采用自上而下分层开挖方式。在施工过程中，根据设计要求采用了预应力锚索、锚筋桩、锚杆、喷混凝土等方式对顶拱进行了系统支护。但在后期开挖施工过程中，顶拱局部喷混凝土出现掉块现象，直接威胁下方施工人员和设备的安全，并影响后续施工的正常开展。 因同期监测数据反
3、映主厂房顶拱围岩变形处于正常范围，经业主、设计、监理、施工各方联合分析，一致认为顶拱局部掉块是由于断层、裂隙和临空面组合形成不稳定块体，受开挖后岩体自身卸荷和施工扰动影响，变形增大的结果，而主厂房整体仍然处于稳定状态。 3 顶拱掉块临时处理措施 由于主厂房还需向下开挖 28m，开挖过程中顶拱松弛变形将进一步增大，掉块可能继续，存在较大的安全隐患。因此，必须对顶拱掉块进行处理，确保下方施工人员及设备的安全。 但是主厂房已经开挖过半，距离顶拱约 46m，缺乏有效的手段和设备对顶拱开裂处进行处理。为了避免掉块伤害人员设备，经参建各方共同商议，决定分两期进行处理。第一期采取临时处理措施，在两侧岩锚梁处
4、对拉被动防护网，有效保护下方施工安全；第二期待桥机安装运行后，在桥机上搭设作业平台，对顶拱开裂掉块处进行彻底处理。 临时处理措施中关键在于被动防护网的选择，为确保安全，参建各方对拟采用的被动防护网分别进行了市场调查，最后选定股径 5mm，网目80mm80mm 的锦纶安全网共三层作为防护网，通过 8mm 钢丝绳做骨架对拉固定于岩锚梁轨道插筋上，可承受 10m 高处 115kg 的落物，能够满足临时安全防护要求。 4 顶拱掉块处理方法 4.1 处理方案选择 4.1.1 危石清除 采用人工方法清除已开裂、松动的喷混凝土块，这是最经济、最直接的做法，能够有效消除危险源。但是这也是很难彻底做到的，因为随
5、着卸荷过程的继续，又将产生新的开裂和危石，而且清除过程很可能会引起更大的开裂和变形。因此，危石清除只能作为其他手段的辅助性措施，将已发现的且可以清除的危石予以清除。 4.1.2 锚固 主厂房顶拱掉块主要原因是浅层不稳定块体变形剥落，顶拱已经进行了全面系统的支护，如果在此基础上进一步使用锚索、锚杆等锚固手段，不仅投资大，而且也不可能完全覆盖不稳定块体，效果不佳。 4.1.3 喷混凝土 喷混凝土技术成熟、机械化程度高、施工速度快、对地形适应能力强，也比较经济，但是主厂房顶拱掉块位置已经进行了喷混凝土支护，这就反映了喷混凝土的一个缺点。即施工技术要求较高，一旦喷混凝土与岩面黏结不良，在经历一定时期后
6、将与岩面分离，共同作用的整体性不再存在，成为纯粹受力壳结构，其结构抗力有限。 4.1.4 混凝土 混凝土衬砌能够完全解决顶拱掉块问题，但是投资太大，而且要等到机坑混凝土完成后才能继续往上施工，施工期太晚，施工时对机坑内机电安装有较大干扰，可行性不足。 4.1.5 被动防护 使用与临时防护措施类似的被动防护能够有效保证下方安全，但也存在三个主要的缺点。首先，影响美观；其次，需要定期清理被动防护网，清理难度太大；第三，被动防护网固定于岩锚梁上，影响桥机的正常运行。 4.1.6 柔性主动防护 柔性主动防护系统能够有效地适应地形特点，完全覆盖不稳定块体，防止掉块，同时也具有投资小、施工方便的优点。缺点
7、在于仅能实现浅层的加固，但由于主厂房顶拱掉块正是由于浅层不稳定块体剥落引起的，因此可以使用柔性主动防护解决顶拱掉块问题。 根据以上各种处理方案的比较，最终选用危石清除与柔性主动防护相结合的方法对顶拱掉块进行处理。由于防护网主要起主动加固作用，而且需要对小块岩石进行防护，因此采用在钢丝绳网上增加网孔更密的钢丝格栅的 GPS2 型主动防护网。 4.2GPS2 型主动防护网简介 4.2.1 作用原理 在 GPS2 型主动防护网中，锚杆和锚杆间的支撑绳构成了其固定支撑体系，通过固定在锚杆或支撑绳上并施以一定预张拉的钢丝绳网，以及起加密网孔作用的钢丝格栅，对整个岩面形成连续支撑。其预张拉作业使系统能够尽
8、可能地紧贴坡面，并形成了抑制局部岩块移动或在发生细小位移后将其束缚于原位附近的预加荷载，从而实现其主动加固功能。系统的传力过程为“钢丝绳网支撑绳锚杆岩体” ，由于其柔性特征以及支撑绳与锚杆件的活动连接方式，系统能够将局部集中荷载向四周均匀传递，以充分发挥整个系统的防护能力，即局部受载，整体作用，从而使系统能承受较大的荷载并降低单根锚杆的锚固力要求。 4.2.2 特点 GPS2 型主动防护网的柔性特征决定了它能极好地适应各种复杂的地形地貌，各构件之间因其柔性连接方式能够充分地协同承担外来荷载作用，实现局部受载，整体作用，有效避免了传统刚性结构局部集中受力可能引起的破坏。 4.3 施工方法 4.3
9、.1 搭设施工平台 如果直接从开挖面搭设脚手架至顶拱，一方面成本较高，另一方面也会对下方施工产生干扰，因此利用桥机作为平台，在桥机上搭设排架，脚手架高度将降低 60m，更安全也更经济，而且利用桥机就可以直接移动排架，避免了重复搭设，有效地加快了施工速度。 4.3.2 危石清除 对整个顶拱范围内已开裂和松动的喷混凝土块进行人工清撬，清撬时注意在脚手架上搭设防护网，防止石头掉到下方施工区域内，必要时利用夜间时段施工或要求撤离下方施工人员及设备。 4.3.3 安装锚杆 首先测量放线，确定锚杆的现场位置，在孔间距允许的调整量范围内，尽可能在低凹处选定锚杆孔位，对非低凹处的锚杆孔位，正对锚杆孔位凿一深度
10、不小于锚杆外露环套长度的凹坑。放线过程中，必须注意避开原来安装的监测仪器，防止损害监测系统。放线后采用手风钻造孔，孔深 2.0m，孔间距 4.0m4.0m，孔径 42mm。 在柔性防护系统中，锚杆除了要满足抗拔力要求外，支撑绳还要对其施加平行于岩面的荷载，因此还必须能承受横向弯曲和剪切作用。如果采用普通钢筋作为锚杆，其抗弯和抗剪能力可能不足，因此采用把单根钢丝绳弯折来形成带有环套的双股形式的锚杆结构，既能满足抗弯和抗剪要求，还能形成环套来连接支撑绳。 钢丝绳锚杆的安装方法与钢筋锚杆相同，采用 1：1 的水泥沙浆注浆后插入锚杆，需注意的是不能把环套用砂浆掩埋，否则将影响支撑绳的安装。在进行下一道
11、工序前锚杆砂浆至少要有三天的凝固期。 4.3.4 安装支撑绳 将横向、纵向支撑绳的一端穿过一端部锚杆的外露环套，用绳卡固定后，逐个穿过同排或同列锚杆的外露环套，直至该支撑绳末端锚杆处，用紧线器或葫芦拉紧支撑绳，用同规格的绳卡将末端固定即告完成。单根支撑绳的最大长度控制在 30m 左右，一般情况下，单根支撑绳应在同排或同列中安装，不在边角处转弯。 4.3.5 铺挂格栅 依次铺挂格栅网，格栅网间重叠宽度为 10cm，两张格栅网间的缝合以及格栅网与支撑绳间用 1.5mm 铁丝进行绑扎，绑扎间距为 1m，应使网块尽可能平展并紧贴岩面。 4.3.6 安装钢丝绳网及缝合 将钢丝绳网置于由支撑绳形成的网格中间，并对其四角临时固定，从网块一端中点用一根 8mm 的缝合绳向两边分别与支撑绳或相邻网块边沿进行缝合连接，直至网块另一端使缝合绳两端头叠置不小于 50cm 的长度，将两绳端各用两个绳卡与钢丝绳网固定连接。在缝合过程中，一般可用手动拉紧缝合绳，必要时也可采用紧线器或葫芦，以使钢丝绳尽可能张紧。 5 结语 柔性主动防护系统适用于浅层变形加固，在公路、铁路、水电站边坡治理和防护中应用较广，成效突出。而在地下洞室开挖过程中，使用柔性防护系统与传统的锚固支护系统相结合，弥补了锚固支护系统不能完全覆盖浅层不稳定块体的不足，对于治理洞室掉块现象有良好的效果，具有推广意义。
