12. ROâNÍK, ã. 1/2003
8
VELKOPRÒMùROVÉ VRTY V PODZEMNÍM STAVITELSTVÍ
LARGE-PROFILE BORING IN UNDERGROUND WORKS Ing. Stanislav Kuãík, Ing. Miroslav JankÛ, OKD, DPB, a. s., Paskov
ÚVOD
INTRODUCTION
Technické projekty podzemních staveb mohou v mnoha pfiípadech vyuÏívat technologie dlouhodobû pouÏívané v uhelném a rudném hornictví. Jednou z takov˘chto technologií je technologie velkoprÛmûrov˘ch vrtÛ. Jedná se o vrty o prÛmûrech v rozsahu 0,8 m aÏ 2,4 m. Tyto vrty mohou slouÏit pfii raÏbách prÛzkumn˘ch ‰tol dlouh˘ch silniãních, resp. Ïelezniãních tunelÛ. Zkrácení vûtrné báze separátního vûtrání zmûnou na prÛchodní vûtrní proud vznikne propojením raÏeného díla s povrchem pomocí vrtu. Dal‰í velmi v˘znamnou oblastí vyuÏití velkoprÛmûrov˘ch vrtÛ je hloubení vûtrních ‰achet, které jsou souãástí definitivního systému vûtrání provozovan˘ch tunelÛ. Technologick˘ pfiedvrt raÏby, s úklonem vy‰‰ím neÏ je sypn˘ úhel rozvolnûné horniny, lze rovnûÏ s v˘hodami pouÏít v podzemním stavitelství pro nábûhové kanály k turbinám podzemních elektráren. VelkoprÛmûrov˘ch vrtÛ, resp. pfiedvrtÛ pro ‰achtice bylo v nûkolika pfiípadech vyuÏito pfii raÏbách podzemních kolektorÛ, k dopravû sypk˘ch materiálÛ, betonu nebo napojení energetick˘ch zdrojÛ, pfiivádûní spla‰kov˘ch vod do kanalizaãního sbûraãe anebo také po vystrojení Ïebfiíky jako moÏná útûková cesta z podzemí.
POPIS ZÁKLADNÍCH TECHNOLOGIÍ VRTÁNÍ VELKOPRÒMùROV¯CH VRTÒ Na tomto místû jsou popisovány technologie pouÏívané realizátorem OKD, DPB, a. s. Základní podmínky pro uÏití níÏe uveden˘ch technologií jsou: - pfiístupy k hornímu i spodnímu horizontu provádûného podzemního díla, - vyhovující stabilita hornin v profilu vrtu. Pfii splnûní uveden˘ch podmínek mÛÏeme podzemní díla mezi sebou nebo i s povrchem propojit vrty na vzdálenosti aÏ do 350 metrÛ. V praxi se vyuÏívají pfieváÏnû dvû technologie provádûní vrtÛ, a to buì „Raise boring”, nebo „Box boring” podle smûru provádûní cílového (pilotního) vrtu. U metody „Raise boring” je vrtná souprava umístnûna na horním horizontu nebo povrchu a pilotní vrt je veden smûrem shora dolÛ a po proniknutí do podzemního díla se provede nasazení roz‰ifiovacího vrtného nástroje a roz‰ifiování pilotního vrtu se provádí smûrem ke stroji. U metody „Box boring” je vrtná souprava ustavena v niωím podzemním díle a pilotní vrt se odvrtá smûrem zdola na horní podzemní horizont nebo povrch. Po nasazení roz‰ifiovacích dlát se následnû pilotní vrt vÏdy smûrem ke stroji nûkolika stupni roz‰ífií na poÏadovan˘ prÛmûr.
NùKOLIK P¤ÍKLADÒ POUÎITÍ VELKOPRÒMùROV¯CH VRTÒ NA PODZEMNÍCH STAVBÁCH V NùMECKU Saukopftunnel Lokalita: Délka: Vûtrní jáma: Pfiedvrt vûtrní jámy: Zásobovací vrt: Horniny: Odbûratel:
Weinheim – Hessensko 2 715 m hloubka: 160 m profil: 43 m2 hloubka: 158,5 m prÛmûr: 1,72 m hloubka: 168 m prÛmûr: 216 mm granodiorit 134 – 160 MPa VOKD, ARGE ÃSTU – STETTIN
Vzhledem k obtíÏnosti a nákladnosti zaji‰tûní pfiívodu el. energie a vody na zaústûní hloubené vûtrní jámy (chránûná oblast) byl nejdfiíve proveden zásobovací vrt, kter˘m byla protaÏena kolona trub, VN kabel se zemnicím lanem a telekomunikaãní kabel. Vrt byl vrtán z energetické komory tunelu soupravou TURMAG EH 1200 s vyústûním na povrchu v areálu zafiízení staveni‰tû. Následnû bylo provedeno zahloubení límce jámy na pevnou horninu a na dnû zahloubení ãásti budoucí vûtrní jámy zbudována odkalovací jímka, která souãasnû slouÏila jako základ pro ustavení vrtné soupravy WIRTH HG – 210. Jímky pod strojem bylo vyuÏito pro demontáÏ roz‰ifiovacího dláta. Po zakotvení vrtné soupravy, rozmístûní pfiíslu‰enství a napojení na pfiívod energie byl odvrtán pilotní vrt o prÛmûru 250,8 mm, zamûfien˘ do komory tunelu. DosaÏená smûrová odchylka byla 35 cm od svislice, coÏ pfiedstavuje 0,22 % z délky vrtu. Následnû byla provedena demontáÏ valivého vrtacího dláta, demontáÏ pûti centraãních vrtn˘ch tyãí a nasazení pûtiramenného roz-
Technical designs for underground structures can in many cases use technologies, which are used in coal and ore mining industry on a long-term basis. The technology of large-profile bores is one of these. These are bores with diameters ranging from 0,8 to 2,4 m. These bores can serve well during excavations of exploratory galleries by long road and/or railway tunnels. Shortening of the air flow basis of a separate ventilation system by its changing to a through-circulating current would is provided by connecting the excavated works with the surface using a borehole. Sinking of ventilation shafts, which are part of the final system of ventilation of operating tunnels, is another significant field for the use of large-profile bores. Technological forebore of the excavation, with a gradient steeper than the angle of repose of loosened ground, can be also with benefits used in the underground works for headrace tunnels to turbines of underground power plants. Large-profile bores/forebores for shafts have been also used by excavations of underground collectors, for transport of loose materials, concrete or also connection of power sources, feeding of sewage into interceptor sewers or also as possible escape route from the underground after installation of ladders.
DESCRIPTION OF BASIC TECHNOLOGIES OF LARGE-PROFILE BORING Technologies, which are described here, are being used by the contractor OKD, DPB a.s. Basic requirements for the use of further mentioned technologies are the following: - Access to both upper and lower level of the realized underground structure - Satisfactory rock stability in the bore’s profile When the aforementioned requirements are met, we are able to connect underground structures with each other or even with surface by bores within the distance of 350 m. In practice, two technologies of realization of bores are mainly being used, and thus either “Raise boring” or “Box Boring” according to the direction of realization of the target (pilot) bore. By the “Raise boring” method, the boring set is located at the upper level or surface while the pilot bore is conducted downwards and following penetration into the underground structure, a reamer is attached and the pilot borehole is reamed out upwards to the boring set. As for the “Box Boring” method, the boring set is installed in the lower underground structure and the pilot bore is bored upwards to the upper underground level or surface. After installation of reaming bits, the pilot bore is always reamed out in the direction towards the boring set in several steps up to the required diameter.
SOME EXAMPLES OF USE OF THE LARGE-PROFILE BORES IN THE UNDERGROUND WORKS IN GERMANY Saukopftunnel Location : Length : Ventilation shaft: Forebore for ventilation shaft: Supply bore: Geology: Client:
Weinheim – Hessen 2 715 m depth: 160 m profile: 43 m2 depth: 158,5 m diameter: 1 720 mm depth: 168 m diameter: 216 mm granodiorite 134 – 160 MPa VOKD, ARGE ÖSTU – STETTIN
With regards to complexity and expensiveness of provision of supply of electric power and water to portal of the ventilation shaft to be sunk (protected area), a supply bore had been realized as soon as possible, through which a stack of pipes, high voltage cables along with earthing cable as well as telecommunication cable were pulled. The bore was bored from an energy chamber of the tunnel using a TURMAG EH 1200 set ending at surface within the construction site area. Subsequently, sumping for the shaft collar was carried out up to solid rock
9
12. ROâNÍK, ã. 1/2003
‰ifiovacího dláta o prÛmûru 1720 mm. Pilotní vrt byl roz‰ífien tahem vrtací kolony smûrem zdola nahoru. Roz‰ifiovací dláto osazené jedenácti roubíkov˘mi kotouãi bylo chlazeno cca 70 l/min. vody. Denní produkce rubaniny pfii roz‰ifiování pfiedstavovala cca 60 m3 vrtné drtû, kterou vzhledem k velkému úloÏnému prostoru v komofie tunelu nebylo problémem prÛbûÏnû odtûÏovat. Pfii vrtání bylo dosaÏeno tûchto prÛmûrn˘ch vrtn˘ch postupÛ: Vrtn˘ prÛmûr 250,8 mm 14,4 m/den Roz‰ifiování na prÛmûr 1 720 mm 11,3 m/den Vãetnû montáÏe a demontáÏe vrtné soupravy byl vrt o délce 158,5 m a prÛmûru 1720 mm realizován za 39 dnÛ. Sommerbergtunnel Lokalita: Délka tunelu: Vûtrní jáma: Pfiedvrt vûtrní jámy: Zásobovací vrt: Horniny: Odbûratel:
Hausach, Badensko – Württenbersko 1 050 m hloubka: 63 m profil: 35 m2 hloubka: 63 m prÛmûr: 1 422 mm hloubka: 63 m prÛmûr: 216 mm syenit, pararula, 140 – 160 MPa VOKD, fa KUNZ GmbH
Obdobnû jako u vûtrní jámy ve Weinheimu byl nejdfiív proveden zásobovací vrt pro pfiívod el. energie, vody, el. kabelu, uzemÀovacího lana a stlaãeného vzduchu a následnû byl odvrtán technologick˘ pfiedvrt pro hloubení vûtrní jámy. Na této lokalitû byl zásobovací i technologick˘ vrt vrtán jedním typem soupravy, a to TURMAGEM EH 1200, umístûn˘m v odboãné komofie tunelu. Vrtn˘ stroj byl ukotven na ocelovou konstrukci a pilotov˘ vrt o prÛmûru 190,5 mm vrtan˘ svisle dovrchnû byl provrtán na povrch s odchylkou 48 cm od zamûfieného bodu, coÏ pfiedstavuje 0,76 % z celkové délky vrtu. Po demontáÏi vrtacího dláta byl vrt roz‰ífien na ∅ 450 a ∅ 610 mm. PrÛmûr vrtu 610 mm byl pak roz‰ífien na koneãn˘ch 1422 mm smûrem shora dolÛ. OdtûÏení vrtné drtû bylo prÛbûÏnû zaji‰Èováno kolov˘m pfiepravníkov˘m nakladaãem. DosaÏené prÛmûrné vrtné postupy: PrÛmûr PrÛmûr PrÛmûr PrÛmûr
190,5 mm 450 mm 610 mm 1422 mm
31,5 m/den 21,0 m/den 25,2 m/den 4,5 m/den
Vãetnû montáÏe a demontáÏe vrtné soupravy byl vrt v délce 63 m o prÛmûru 1422 mm realizován za 25 dnÛ.
P¤EDVRT RAÎBY ÚKLONNÉHO PODZEMNÍHO DÍLA NA STAVBù HYDROELEKTRÁRNY V ¤ECKU Lokalita: Délka díla: PrÛmûr pfiedvrtu: Úklon pfiedvrtu: Horniny: Odbûratel:
Messochora, pohofií Natia Pindos 157 m 1 720 mm - 520 vápenec, rohovce BUDIMEX, PRG Myslowice, Polsko
while at the bottom of the excavated part of the future ventilation shaft, a settling sump was constructed, which also served as a base for installation of the boring set WIRTH HG - 210. The sump below the machine was used for disassembling of the reaming bit. Following anchoring of the boring set, distribution of the accessories and connection to power input, a pilot bore with a diameter of 250,8 mm was bored in direction towards the tunnel chamber. Achieved course deviation was 35 cm from the vertical axis, and that represents 0,22 % of the bore length. Then, disassembling of the disc cutter, disassembling of five centering drifter rods and installation of a five-spoke reaming head with diameter of 1720 mm have been carried out. The pilot bore was expanded by pulling the drill pipe string in the upward direction. The reaming head equipped with eleven button discs was cooled by water at app. 70 l/min. Daily output of mined rock during the reaming was represented by app. 60 m3 of drill cuttings, which was being continuously removed without problems thanks to the large storage space in the tunnel chamber. During boring, the following average boring advances have been achieved: Boring diameter 250,8 mm 14,4 m/day Expansion to diameter 1 720 mm 11,3 m/day Including assembling and disassembling of the boring set, the 158,5 m long bore with a diameter of 1 720 mm has been realized in 39 days. Sommerbergtunnel Location : Length : Ventilation shaft: Forebore of ventilation shaft: Supply bore: Geology: Client:
Hausach, Baden - Würtenberg 1 050 m depth: 63 m profile: 35 m2 depth: 63 m diameter: 1 422 m depth: 63 m diameter: 216 mm sienite, paragneiss, 140 – 160 MPa VOKD, KUNZ GmbH
In the same way as by the ventilation shaft in Weinheim, a supply bore for conduit of electric power, water, high voltage cable, earthing cable and compressed air was carried out first while the technological forebore for sinking the ventilation shaft was bored next. In here, both the supply and technological bore were bored by a single type of boring set, and thus TURMAGEM EH 1200, located in lateral tunnel chamber. The reaming machine was fixed to a steel structure and the pilot bore with a diameter of 190,5 mm was bored vertically upwards to the surface with a deviation of 48 cm from the point determined by surveying, which represents 0,76 % of the total bore length. After disassembling of the drilling bit, the bore was reamed out to a diameter of 450 and 610 mm. The bore diameter 610 mm was subsequently expanded to final 1 422 mm in the downward direction. Removal of the drill cuttings was continuously provided by a loadhaul-dump machine. Achieved average boring advances; Diameter 190,5 mm Diameter 450 mm Diameter 610 mm Diameter 1 422 mm
31,5 m/day 21,0 m/day 25,2 m/day 4,5 m/day
Including assembling and disassembling of the boring set, the 63 m long bore with a diameter of 1 422 mm has been realized in 25 days.
FOREBORE OF EXCAVATION OF AN INCLINED UNDERGROUND WORK AT CONSTRUCTION OF HYDRO POWER PLANT IN GREECE Location : Length : Forebore diameter: Forebore inclination: Geology: Client:
Obr. 1 PouÏité technické zafiízení pfii realizaci technologického pfiedvrtu Fig. 1 Layout of individual blocks of the tailrace tunnels
Messochora, Natia Pindos mountain range 157 m 1 720 mm - 520 limestone, carobstone BUDIMEX, PRG Myslowice, Poland
With regards to spatial conditions at accessible underground structures, larger space of the surge control tank had been used for assembling of the boring device WIRTH HG 210, which was subsequently dragged for 25 m to the starting spot of the inclined bore. There, the device was plugged in using hydraulic cylinders aligned into the required inclination of - 520. With the aforementioned procedure of assembling works, it was possible to avoid excavation of the boring chamber, which has to be 8,5 m high (in 1998, the device was rebuilt for assembling in the horizontal position, which allowed reduction of the chamber height to 6,0 m) with a diameter of at least 4,5 m during regular assembling. The drill string consisting of steel pipes with a diameter of 210 mm, 6 stabilizers in lengths of 1,5 m and drilling head with a diameter of 250,8 mm was in the section above the stabilizers complemented with 6 anti-magnetic rods, which enabled continuous checks on boring direction and inclination using a photo-inclinometric method. After several meters of boring the pilot bore, founded in relatively solid limestones, a zone of tectonically faulted rocks was encountered. In order to get through this very complicated section from the boring viewpoint, a technological cementation of the bore was carried out
10
12. ROâNÍK, ã. 1/2003
S ohledem na prostorové pomûry pfiístupov˘ch podzemních dûl bylo vyuÏito vût‰ího prostoru vodní protirázové nádrÏe pro montáÏ vrtacího stroje WIRTH HG 210, jenÏ byl následnû zataÏen 25 m do místa zavrtání úklonného vrtu. Tam byl stroj napojen na zdroj elektrické energie a sklopen hydraulick˘mi válci do poÏadovaného úklonu – 520. Uveden˘m postupem montáÏních prací do‰lo k úspofie v˘lomu vrtné komory, kter˘ je nutn˘ vytvofiit na v˘‰ku 8,5 m (v roce 1998 byl stroj pfiestavûn pro montáÏ v horizontální poloze, ãímÏ bylo dosaÏeno sníÏení v˘‰ky komory na 6,0 m) o prÛmûru min. 4,5 m pfii bûÏné montáÏi. Vrtací kolona sestávající z ocelov˘ch trubek prÛmûru 210 mm, 6 stabilizátorÛ o délkách 1,5 m a vrtacího dláta o prÛmûru 250,8 mm byla v úseku nad stabilizátory doplnûna 6 antimagnetick˘mi tyãemi, které umoÏÀovaly prÛbûÏnou kontrolu smûru a úklonu vrtání, fotoinklinometrickou metodou. Po nûkolika metrech vrtání pilotního vrtu, zaloÏeného v pomûrnû pevn˘ch vápencích, bylo zastiÏeno pásmo tektonicky naru‰en˘ch hornin. Ke zvládnutí tohoto velmi nároãného úseku z hlediska provrtávání byla provedena technologická cementace vrtu a pouÏito speciálního polymerového v˘plachu SUPER MUD Pds., za pomoci kterého bylo dosaÏeno vytvofiení zpevnûného stvolu vrtu a sníÏení infiltrace v˘plachu do tektonicky naru‰en˘ch hornin. V dal‰ím prÛbûhu vrtání cílového vrtu, kdy byly provrtány pevné horniny, byl pouÏit vodní v˘plach pfii cirkulaci 800 l/min. Pro ovûfiení správného smûru bylo provedeno 4x fotoinklinometrické mûfiení v antimagnetick˘ch tyãích. V místû proniku pilotního vrtu v hloubce 157 m byla namûfiena koneãná odchylka 80 cm od vyt˘ãené osy vrtu, coÏ pfiedstavuje 0,51 % z celkové délky vrtu. V˘sledek jistû pozoruhodn˘. Rovnomûrnosti postupu vrtání pfii 60 ot./min. a kroutícím momentu od 1250 – 1700 Nm byl vyvíjen optimální pfiítlak na vrtací dláto. Po odstranûní centraãních a antimagnetick˘ch tyãí z vrtné kolony bylo vrtací dláto prÛmûru 250,8 mm zamûnûno za jednostupÀové roz‰ifiovací dláto o prÛmûru 1720 mm, osazené 11 roubíkov˘mi kotouãi. Chlazení vrtacích kotouãÛ a jejich oãi‰Èování bylo zaji‰Èováno vodním v˘plachem v mnoÏství cca 80 l/min. Vrtná drÈ vytvofiená v prÛbûhu roz‰ifiování pilotního vrtu v mnoÏství cca 40 m3/sm byla odtûÏována kolov˘m pfiepravníkov˘m nakladaãem.
ODVZDU·≈OVACÍ VRT DO PROTIPOVOD≈OVÉ ·TOLY V ZÁTOPOVÉ OBLASTI MùSTA LANGENTHALU VE ·V¯CARSKU Lokalita: Délka vrtu: PrÛmûr vrtu: Úklon vrtu: Horniny: Odbûratel:
Madiswil 51 m 1 400 mm - 760 pískovce, 90 MPa WITSCHI AG, Langenthal
Dnes tolik diskutovaná protipovodÀová opatfiení. V malebném území v okolí ‰v˘carského Langenthalu, opakovanû a v nepravideln˘ch ãasov˘ch intervalech, pfiicházely niãivé záplavy, zpÛsobené rozvodnûním malé fiíãky Langete. O tom, co tato fiíãka dokáÏe pod pfiívaly vût‰ích de‰ÈÛ nebo náhlého tání snûhu v okolních horách, svûdãí fiada dokumentÛ a staveb. Také v historii mûsta Langenthal je moÏno najít stopy o ztûÏování Ïivota obyvatel povodnûmi.
Obr. 2 Územní situování odvodÀovací ‰toly Fig. 2 Situation of the drainage gallery
and a special polymeric drilling fluid SUPER MUD Pds. applied, using which the bore core was reinforced and infiltration of the drilling fluid into tectonically faulted rock reduced. During further course of boring of the final bore, when solid rocks were bored through, a water flush circulating at 800 l/min was used. 4 inclinometric measurements in the anti-magnetic rods were carried out in order to verify correct direction. At penetration spot of the pilot bore in depth of 157 m, a final deviation of 80 cm from the determined bore axis was measured, which represents 0,51 % of the total bore length. The result is definitely remarkable. An optimal thrust on the drilling head was applied by even drilling speed of 60 rpm and torque moment ranging between 1 250 – 1 700 Nm. After removal of the centering and anti-magnetic rods from the drill string, the drilling head with a diameter of 250,8 mm was replaced with single-level reaming head with diameter of 1 720 mm, equipped with eleven button discs. Cooling of the drilling discs and their cleaning was provided by water flushing in the app. amount of 80 l/min. Drill cuttings arising from expansion of the pilot bore in app. amount of 40m3/shift was removed by a load-haul-dump.
VENTILATION BORE INTO ANTI-FLOOD GALLERY WITHIN FLOODZONE OF THE LANGENTHAL CITY IN SWITZERLAND Location : Bore length : Bore diameter: Bore inclination: Geology: Client:
Madiswil 51 m 1 400 mm - 760 sandstones, 90 MPa WITSCHI AG, Langenthal
Today so disputed anti-floods measures. Within picturesque area in vicinity of the Swiss city Langenthal, devastating floods, caused by the overflowing small river Langete, have been coming repeatedly in irregular intervals. A handful of documents as well as structures evidence, what is this river capable of during heavy downpours and sudden thaw in the surrounding mountains. There are even traces in Langenthal’s history about how floods complicated the lives of inhabitants. Flood canals, going along several city streets and cut below the surface level, are the witnesses. The long-term monitored water flow of 12 m3s-1 in these times rose to extreme 90 m3s-1 and thus caused floods with severe material losses. With a unique project solution, which was enabled by the terrain configuration and concurrence of the water flows, it was possible to reduce problems connected to the floods using an anti-flood draining gallery. By means of connection of the flood-area near the Madiswil city, the flood streams from the Langete River are being drained through a gallery, excavated app. 55 m below surface, into the Aare river near the Bannwill hydro power plant. The 7 531 m long draining gallery with net diameter of 3,30 m, reinforced with concrete panels, was excavated by a TBM in two years. Inflow portal near Madiswil is solved by a vertical shaft with a diameter of 5,50 m, in the upper section transforming into funnel-shape with a diameter of 20 m at the most. This enlarged portal is covered by a concrete cap allowing water inflow into the shaft along the funnel edge by increased water surface level. Covering of
11
12. ROâNÍK, ã. 1/2003
Svûdkem jsou povodÀové kanály, táhnoucí se mûstem nûkolika ulicemi, zafiíznuté pod úroveÀ terénu. Z dlouhodobû sledovaného prÛtoku vody v mnoÏstvích cca 12 m3s-1 v tûchto obdobích stoupal prÛtok aÏ na extrémních 90 m3s-1 a zpÛsoboval povodnû se znaãn˘mi materiálními ‰kodami. Ojedinûl˘m projekãním fie‰ením, které umoÏnila konfigurace terénu a návaznost spádÛ vodních tokÛ, se podafiilo zmírnit svízele zpÛsobované povodnûmi pomocí protipovodÀové odvodÀovací ‰toly. Propojením zátopové oblasti u mûsteãka Madiswil se povodÀové pfiívaly vody z fiíãky Langete odvádûjí ‰tolou vyraÏenou v hloubce cca 55 m pod úrovní terénu do fieky Aáry, poblíÏ vodní elektrárny Bannwil. OdvodÀovací ‰tola o délce 7531 m a svûtlém prÛmûru 3,30 m, vyztuÏená betonov˘mi panely, byla vyraÏena tunelovacím strojem v období dvou let. Vtoková vpusÈ u Madiswilu je fie‰ena svislou ‰achtou o prÛmûru 5,50 m v horní ãásti pfiecházející do trycht˘fiového tvaru o prÛmûru aÏ 20 m. Tato roz‰ífiená vpusÈ je pfiekryta betonov˘m poklopem umoÏÀujícím vtok vody po obvodu trycht˘fie do ‰achty pfii zv˘‰ené hladinû vody. Pfiekrytím límce poklopu pod hladinu vody je zabránûno vnikání plovoucích pfiedmûtÛ do vtokové vpusti, ãímÏ je pfiedcházeno moÏnému zanesení a ucpání ‰achty. ·achtou voda padá do tzv. „toskomory”, na hloubkové úrovni odvodÀovací ‰toly. Do této komory jsou rovnûÏ situovány dva odvzdu‰Àovací vrty. Dále voda pokraãuje odvodÀovací ‰tolou aÏ do jiÏ zmiÀované fieky Aáry. Kapacita vyprojektovaného odvodÀovacího systému je 58 m3s-1. MontáÏ soupravy WIRTH HG 210 na povrchovém staveni‰ti poblíÏ vtokové vpustû byla provedena bûhem tfií dnÛ, a tak mohlo probûhnout zamûfiení pilotního vrtu a jeho zavrtání pod úklonem 300 % smûrem do podzemní ‰toly. V prÛbûhu devíti smûn byl pilotní vrt o prÛmûru 250,8 mm a délce 50,88 m odvrtán. Zji‰tûná odchylka 12 cm pfiedstavuje vynikající pfiesnost, která pfiepoãtena na celkovou délku ãiní 0,24 %. Pfiesné odvrtání cílového vrtu se stalo pfiedpokladem pro dokonãení vrtu. Vlastnímu pfiipojení roz‰ifiovacího dláta (RD) o prÛmûru 1400 mm pfiedcházelo roz‰ífiení úseku 8 m prÛmûrem 450 mm z prostorov˘ch dÛvodÛ, kdy naklonûná osa vrtu neumoÏÀovala pfiipojení RD 1400 mm (obr. 4). Roz‰ífiením vznikl prostor pro vych˘lení osy vrtn˘ch trubek, a tím i moÏnost prÛchodu RD 1400 mm do vrchlíku vrtné komory. Roz‰ifiovací dláto 1400 mm bylo osazeno osmi plnoplo‰nû osazen˘mi roubíkov˘mi kotouãi s pfiedstupnûm o prÛmûru 450 mm. S takto sestaven˘m vrtacím nástrojem bylo provedeno roz‰ífiení pilotního vrtu na koneãn˘ prÛmûr v prÛbûhu 10 smûn. Bylo tak dosaÏeno prÛmûrného postupu roz‰ifiování 5,09 m/sm. Rozpojená hornina v mnoÏství cca 25 m3/sm byla plynule odtûÏována lÏícov˘m nakladaãem na housenicovém podvozku. OdtûÏování rubaniny byla vûnována maximální pozornost pfii soustavném sledování hladiny vody v fiíãce Langete z dÛvodu zamezení ohroÏení pracovníkÛ odtûÏením a splavením rubaniny do trasy odvodÀovací ‰toly. Z tûchto dÛvodÛ byl objednatelem vybrán pro reali-
Obr. 4 Zavrtávání RD 1 400 mm do stropu „toskomory” Fig. 4 EC 1 400 boring into the roof of the “toss-chamber”
Obr. 5 Provrtání RD 1400 mm na povrch Fig. 5 Penetration of the RD 1 400 mm to surface
Obr. 3 Pronik pilotního vrtu do „toskomory” Fig. 3 Pilot bore penetration into the “toss-chamber”
the cap edge prevents any floating objects from entering into the inflow area, and thus prevents potential pollution and congestion of the shaft. Through the shaft, the water falls into the so-called tosca-chamber at depth level of the draining gallery. Two ventilation bores are located in this chamber as well. Further, the water advances through the draining gallery all the way into the aforementioned Aare river. Capacity of the designed draining system is 58 m3s-1. Assembling of the boring set WIRTH HG 210 at the surface construction site near the inflow portal has been carried out in three days and thus the survey of the pilot bore and its collaring under an inclination of 300 % in direction towards to the underground gallery could proceed. The 50,88 m long pilot bore with diameter of 250,8 mm was bored during 9 shifts. Identified deviation of 12 cm means an outstanding accuracy, which in relation to the total length represents 0,24 %. Accurate boring of the final bore became requirement for completion of the bore. Expansion of an 8 m long section by a diameter of 450 mm had to precede the attachment of the 1 400 mm diameter reaming head (RH) due to spatial reasons, when the inclined borehole axis did not allow attaching the RH 1 400 mm. With this expansion, an area for deflection of axis of the boring pipes arose, allowing the passage of the RH 1 400 mm into the crown of the boring chamber. The expansion chisel 1 400mm was equipped with eight discs with buttons on the entire surface, with a pre-reamer of 450 mm in diameter. With such assembled boring device, expansion of the pilot bore was realized up to the final diameter in 10 shifts. An average reaming advance of 5,09 m/shift was thus achieved. The muck in the app. amount of 25 m3 was being continuously removed by a crawlermounted shoveller. Highest attention has been devoted to removal of the mined rock under constant monitoring of the water surface level of the Langete River in order to avert threat to the employees as well as to prevent the muck from being washed down into the draining gallery. From these reasons, the investor selected the month of November for realization due to empirically low rainfalls. However, this estimation was not confirmed as several times during the boring works the emergency system prevented anyone from entering into lower chamber area in the draining gallery. A relatively monotonous geological profile, without tectonics, almost along the entire length consisted of fine-grained to medium-grained sandstone,
12
12. ROâNÍK, ã. 1/2003
zaci listopadov˘ termín s dlouhodobû nízk˘mi sráÏkami. Tento pfiedpoklad nebyl potvrzen a nûkolikrát v prÛbûhu vrtn˘ch prací byl havarijním systémem znemoÏnûn vstup do prostoru dolní komory v odvodÀovací ‰tole. Pomûrnû monotónní geologick˘ profil, bez tektoniky, tvofiil témûfi po celé délce jemnozrnn˘ aÏ stfiednûzrnn˘ pískovec, jehoÏ pevnost nepfiesáhla 90 MPa. Nezpevnûné horniny, tvofiící povrchovou vrstvu, byly do hloubky 5,70 m odstranûny a vznikl˘ prostor vyplnûn betonem.
SPADI·ËOVÉ ·ACHTY DO KANALIZAâNÍHO SBùRAâE ODPADNÍCH VOD V BECHYNI Lokalita: Délky vrtÛ: PrÛmûry vrtÛ: Úklony vrtÛ: Horniny: Odbûratel:
Bechynû, âR 33 m 1 x 813 mm, 2 x 1 016 mm svisle, + 900 orto a pararuly, 150 MPa Erebos, s. r. o., Malé SvatoÀovice
Zakázku na provedení tfií spadi‰Èov˘ch ‰achet OKD, DPB, a. s., získala na základû komplexní nabídky a hlavnû pro velmi pfiesnou realizaci velkoprÛmûrov˘ch vrtÛ (813 a 1 016 mm) v délkách 33 m. Maximální povolená odchylka byla 0,3 m od osy. Jednotlivé vrty byly provedeny soupravou TURMAG EH 1200 s cílov˘mi vrty o prÛmûru 190,5 mm vrtan˘mi ze ‰toly na povrch. Mûfiiãské cíle proniku na povrchu byly zastiÏeny s odchylkami do 10 cm od vyt˘ãení. Jeden z vrtÛ byl vrtán bez jakékoliv odchylky. Následovalo roz‰ífiení na definitivní prÛmûr, kter˘ v jednom pfiípadû byl 813 mm a ve zb˘vajících dvou 1016 mm. Vrty byly vedeny ve velmi tvrd˘ch ortorulách a pararulách o pevnosti aÏ 150 MPa. Vrtné soupravy bylo dále vyuÏito na spu‰tûní ocelolitinov˘ch pfiírubov˘ch trub o vnûj‰ím prÛmûru 570 mm. Do mezikruÏí byly dále instalovány bezpfiírubové roury DN 100. ZapaÏnicov˘ prostor byl zabetonován.
ZÁVùR Z uvedeného v˘ãtu realizovan˘ch akcí je znát narÛstající uplatnûní velkoprÛmûrov˘ch vrtÛ v podzemním stavitelství, které pozornû zaznamenáváme a poÏadavky odbûratelÛ pokr˘váme sv˘mi kapacitami. Jsme vybaveni vrtnou technikou, umoÏÀující vrtání v pevn˘ch horninách aÏ do prÛmûru vrtu 2,5 m v délce 200 m a men‰ími prÛmûry 1,42; 1,72; 2,0 m mÛÏeme vrtat aÏ do délek 350 m. OKD, DPB, a. s., se sídlem v Paskovû je drÏitelem osvûdãení o zavedení systému fiízení jakosti âSN EN ISO 9001:2001 pro obor ãinnosti „Poskytování sluÏeb v oblasti dodávek vrtn˘ch prací vãetnû geologického vyhodnocování” udûleného certifikaãním orgánem ITI TÜV, jenÏ je ãesk˘m ãlenem skupiny TÜV Süddeutschland. Na závûr je tedy moÏno fiíci, Ïe vyuÏití velkoprÛmûrov˘ch vrtÛ v podzemním stavitelství si nachází své místo. Zejména pfiedvrty hlouben˘ch jam se staly základním technologick˘m prvkem. Trhací práci rozvolnûná hornina se z poãvy hloubení s vyuÏitím gravitaãní energie pfiemístí na spodní horizont, kde je odtûÏována. Tímto zpÛsobem odpadá nákladné odtûÏování rubaniny z hloubení na povrch nebo horní horizont jámy. Dal‰ími v˘hodami této metody jsou vy‰‰í úãinnost trhací práce, provádûné na volnou plochu vytvofienou pfiedvrtem, okamÏité ovûtrávání podzemního díla prÛchodním vûtrním proudem, odvádûní prÛtokÛ vod, ãímÏ se znaãnû sniÏují energetické nároky na pohon ventilátorÛ a ãerpadel. V neposlední fiadû pfiedvrt zlep‰uje ergonomické a klimatické podmínky na ãelbû, a tím i bezpeãnost práce.
Obr. 6 Lokalita spadi‰tû SP 3 – Bechynû Fig. 6 Location of the drop manhole SP 3 – Bechynû
whose strength did not exceed 90 MPa. Loose ground, creating the surface layer, has been removed up to depth of 5,7 m and the space was filled with concrete.
DROP MANHOLES ON THE INTERCEPTOR SEWER IN BECHYNù Location : Bore lengths : Bore diameters: Bore inclinations: Geology: Client:
Bechynû, âR 33 m 1 x 813 mm, 2 x 1 016 mm vertical, + 900 ortho - and paragneiss, 150 MPa Erebos s.r.o., Malé SvatoÀovice
Based on a complex offer and especially due to a very accurate realization of large-profile bores (813 and 1 016 mm) in lengths of 33 m, OKD, DPB, a.s. was awarded a contract for realization of three drop manholes. The largest permitted deviation was 0,3 m from the axis. Individual bores have been realized using the TURMAG EH 1200 set with target bores of 190,5 m in diameter, bored upwards from the gallery to the surface. Surveyed targets of penetration to surface have been reached with deviations up to 10 cm. One of the bores was bored without any deviation. It was followed by expansion to the final profile, which in one case was 813 mm and 1 016 mm in the remaining two. The bores were conducted in very hard orthogneiss and paragneiss with strength even 150 MPa. The boring set was further used to lower steel-iron casing tubes with outer diameter of 570 mm. Furthermore, DN 100 flangeless pipes were installed into the annulus. The space behind the casing pipes was backfilled with concrete.
CONCLUSION Considering the number of realized activities, an increase in the use of largeprofile bores in the underground works is obvious, and we are carefully observing that while covering our customer’s needs with our own capacities. We are equipped with boring machinery, enabling boring in hard rock in length of 200 m up to 2,5 m of bore diameter while with smaller diameters of 1,42; 1,72; 2,0 m we able to bore even up to lengths of 350 m. OKD, DPB a.s. with its headquarters in Paskov is a holder of the certification on implementation of quality management CSN EN ISO 9001:2001 for the field of “Supply of services in the field of boring works including geological evaluation”, granted by the certification office ITI TÜV, which is a Czech partner in the TÜV Sudetenland group. In the end it can be stated, that the use of large-profile boring in underground works is finding its position. Especially forebores for excavated shafts have become a basic technological element. The rock loosened by blasting is moved from the excavation bottom to the lower level using gravitational energy, where it is consequently removed from. With this method, an expensive removal of mined rock from the excavation location to the surface or to an upper shaft horizon is not necessary anymore. Higher effectiveness of the blasting, realized into a loose space created by the forebore, immediate ventilation of the underground space by through-circulating current, and draining of the water inflows, which significantly lowers the power demands for the propulsion of fans and pumps, belong to further advantages of this method. Last but not least, the forebore also increases ergonometric and climatic conditions at the face, and thus the working safety as well.
