ALAGUTAK (LGM-SE008-1)
3. ELŐADÁS PAJZSOS ALAGÚTÉPÍTÉS
WOLF ÁKOS
2016. március 18.
Alagútfejtési eljárások
2
Alagútépítési eljárások Tradicionális alagútépítés
Biztosítás
Alagút-fejtés
Szállítás
3
Pajzsos alagútépítés
Fejtés Szállítás Megtámasztás
Alagútfúró gép funkciói
4
1. Fejtés
Részfejtés
Teljes keresztmetszet fejtése
Alagútfúró gép funkciói 2. Megtámasztás
5
Alagútfúró gép funkciói 3. Kitermelt anyag elszállítása
6
Előnyök és kockázatok Előnyök
Munkavédelem
Építési költség és építési idő csökken
Kedvezőtlen kőzet (talaj) környezetben való építés (gazdaságosan és gyorsan)
Munkaminőség biztosítottsága
Kőzet- és talajkörnyezetbe kevésbé avatkozik bele
7
Kockázatok
Nem rugalmas: kivitelezési technológia csak nagyon körülményesen változtatható
Kezdeti szakaszban részletes projektparaméter vizsgálat a technológia kiválasztás szempontjából
Alagútfúró gépek (tunnel boring machines)
Alagútfúrás kőzetben
Alagút bővítő gép
Állékony, kemény kőzet
Gripper TBM
Állékony, kemény kőzet
Nyílt homlokú pajzs
Gyenge kőzet
Állékony talaj
Mechanikus homlokmegtámasztás
Mállott, nagyon töredezett kőzet
Állékony talaj
Légnyomásos pajzs
Vegyes kőzet
Kemény, állékony talaj, talajvíz
Vegyes kőzet
Puha szemcsés talaj
Vegyes kőzet
Puha kohézív talajok (agyag)
Nyitott TBM-ek
Pajzsos TBM-ek
8
Zagymegtámasztásos pajzs (Slurry, Hidro) Földnyomásos pajzs (EPB) Dupla pajzs
Kemény kőzettől a talajig
EPB-zagy pajzs
Változó kőzetkörnyezet
Hibrid TBM-ek
Alagútfúrás talajban
Alagút bővítő gépek
9
Egy feltáróvágatot bővít fel, aminek a tengelye megegyezik a tervezett alagútéval Az előrehaladáshoz mind a meglévő alagút falát, mind a felbővítet alagút falát felhasználja
Alagút bővítő gépek
Alagútbővítő gép (TBE) Uetliberg Alagút, Svájc 5 m átmárőjű feltáróalagutat bővített fel 14.4 m átmérőjűre.
10
Alagútfúró gép (gripper TBM)
11
Kemény, állékony kőzet (ideiglenes megtámasztás: kőzetcsavar, acél tám)
1. 2. 3. 4. 5. 6.
7. 8.
Vágófej „gripper” pajzs Fogas (finger) pajzs Gyűrű emelő (erector) Horgony fúró Munkakamra védőtetővel Acélháló emelő „gripper” talp
Gripper
Alagútfúró gép (gripper TBM)
12
Single gripper system
Alagútfúró gép (gripper TBM)
13
Double gripper system
Alagútfúró gép (gripper TBM)
14
Pajzsos TBM
15
Pajzsos TBM
16
Nyílt homlokú alagútfúró pajzs
17
Pajzs mechanikus homlokmegtámasztással
Homlok aktív megtámasztása nem szükséges
18
Pajzs mechanikus homlokmegtámasztással
Flood doors closed
Flood doors open
Szimpla munkakamra
Talaj/kőzet elszállítása közvetlenül a munkakamrából
Aktív megtámasztású pajzs „nyílt” mód
19
Keszonos pajzs
20
„Nyílt” pajzs talajvízszint alatt vízbetörés megakadályozása túlnyomással Légzsilip Két független túlnyomásos rendszer munkavédelem
Zagymegtámasztásos pajzs
Alkalmazás
Instabil talaj-/kőzetkörnyezet
Vízáteresztő talajkörnyezet
Nagy mennyiségű és/vagy nyomású talajvíz
Zagy
Homlok aktív megtámasztása
Kitermelt anyag elszállítása
Homloknyomás szabályozása
direkt: zagyszint szabályozása
indirekt: másodlagos munkakamra
21
Zagymegtámasztásos pajzs
22
1. Marótárcsa
1
2. Nyomásálló fal 3. Sűrített levegő
3
4. Talajpépet elhatároló fal
2
5. Zagyszállítás
4
6. Kőtörő
8 7
6
7. Betáp vezeték 8. Erektor
5
Zagymegtámasztásos pajzs
23
1. Talajpépet elhatároló fal 2. Munkakamra
3
3. Sűrített levegő
1
4. Zsilipkamra
4 2
nyomásálló fala
Slurry zagynyomás Hidro, mix– levegő nyomás
Zagymegtámasztásos pajzs
24
Zagymegtámasztásos pajzs / Hidro-pajzs A legnagyobb zagymegtámasztású pajzs D=15.43 m 2006-ból, a shanghj-i Changjiang alagút építéséről.
25
Zagymegtámasztásos pajzs - kőtörő
26
Zagymegtámasztásos pajzs – kettős működés
„zárt“
„félig-zárt“
„nyitott“
teljes homlokon
alsó rész folyadék,
teljes megtámasztás
folyadékmegtámasztás
felette levegőtámasztás
levegővel
27
Zagymegtámasztásos – EPB pajzs Alkalmazási terület – klasszikus elgondolás
28
Zagymegtámasztásos – EPB pajzs
29
Alkalmazási terület – klasszikus elgondolás k=10 [m/s] Slurry-Shield
Permeability „k“ k=10-3 [m/s]
k=10-7 [m/s] EPB-Shield
k=10-12 [m/s]
Zagymegtámasztásos – EPB pajzs
30
Körnungslinie
Fine-
Sieve
Medium- Coarse-
Fine-
Sand
Medium- Coarse-
Fine-
Gravel
Medium- Coarse-
80
0 10 20
70
30
100 90
EPB
60 50
Foam
40 30 20 10 0 0,001 0,002 0,006 Sieve size d in mm
40 50 60 70
Slurry 0,02
0,06
0,2
0,6
2,0
6,0
20,0
60,0
80 90 100
Percent finer by weight d in %
Percent finer by weight d in %
Clay
Hydrometer Silt
Talajpépmegtámasztás/ EPB-pajzs
Alkalmazás:
Kohéziós talaj Vegyes, változékony talajkörnyezet Töredezett kőzet
Homlokmegtámasztás:nyomás alatti földpép Talajkitermelés: talajszállító csiga + szállítószalag Nyomásszabályozás:
Előtolás szabályozása Szállítócsiga szabályozása
31
Talajpépmegtámasztás/EPB-pajzs
32
1. Pajzs
2. Marótárcsa 3. Munkakamra 4. Meghajtó berendezés
1
5. Hidraulikus sajtó
6. Talajszállító csiga 7. Tübbing erektor
3
8. Tübbinges falazat
2 4
7
6 5
8
Talajpépmegtámasztás/ EPB-pajzs
33
EPB-pajzs – négy mód
34
zárt mód
(nem szivattyúzható)
zárt, nyomás alatti mód
nyitott mód
csökkenő homlok-stabilitás
zagy
talajpép megtámasztású mód (szivattyúzható)
csökkenő víznyomás
NYITOTTtól ZÁRTig
EPB-Pajzs – talajszállító csiga
35
EPB pajzs – talajszállító csiga
36
EPB-pajzs – alkalmazási tartomány
37
Szállító közeg: Kohéziós talaj Puha állapot (Ic = 0,4-0,75) Nagy vízfelvevő képesség Kis vízáteresztő képesség
EPB-pajzs – alkalmazási tartomány agyag
38
homok
iszap
kavics
durva szemcsés talaj hab és polimerek
nyitott pajzs lehetséges
iszapos homok hab
Csomósodási hajlam hab és adalékszeres kondicionálás szükséges
Szemcseátmérő [mm]
rendkívül durva szemcséjű talaj hab, polimer és töltőanyag
EPB-pajzs – alkalmazási tartomány
agyag
39
homok
iszap
kavics
nagyon jó vízáteresztő
0,25
EPB zárt mód
pépes
jó
0,50 puha
0,75 merev
10-2
Nagy viszkozitású bentonit
10-3 Adalékszer csomósodás ellen
1,00 kemény Konzisztencia, Ic
vízáteresztő
Vegyes pajzs
10-4
EPB nyitott mód
plasztifikátorok
vízáteresztő
10-5
EPB pajzs adalékszerrel
Áteresztő képesség, k [m/s]
EPB pajzs – hab
40
Követelmények a hab alkalmazásához: plasztikus rövid távú kohézió alacsony belső súrlódási szög alacsony szivárgási együttható
Hab alkalmazásának előnyei Kemény kőzet
laza talaj
Belső súrlódási szög csökkentése Rövidtávú kohézió Plasztikusság és alacsonyabb szivárgási tényező Kisebb kopás Kisebb forgatónyomaték Homlok rövid távú stabilizálása Kisebb csomósodási hajlam Talajstruktúra kialakítása
Por csökkentése Fejtődiszkek állítási igényének csökkentése, diszkek tisztítása és a csere gyorsabbá tétele Habbal hatékonyabb anyagszállítás, mint vízzel Kisebb kopás és abbrazió Alacsonyabb nyomaték
EPB pajzs – hab
41
Laza talaj kondicionálása kis kohéziójú homok
rövid távú kohézió
Talajpépmegtámasztás/EPB-pajzs A legnagyobb EPB pajzs 15,2 m átmérőjű (2006) Madridból
42
Dupla pajzs
43
Gripper TBM + pajzsos TBM
Gripper
Dupla pajzs – működési alapelv
44
Szimpla pajzs Dupla pajzs
45
Fő jellemzők Használható instabil kőzetben Végleges alagútfalazat: beton tübbing Min. átmérő: 2,8 m Teljesítmény: 300-400 m/hónap Rövid szerkezet elakadás kis kockázata
Fő jellemzők Használható instabil kőzetben Végleges alagútfalazat: beton tübbing Min. átmérő: 3,0 m Teljesítmény: 400-600 m/hónap Fejtés + alagútfalazat építés párhuzamosan Multifunkciós
EPB-Zagy állítható pajzsok
46
A geológiától függően változtatható a fejtási mód
Slurry Mode
EPB Mode
EPB-Zagy állítható pajzsok
Open Mode
EPB
Slurry
47
EPB
Alagútfúró gépek (tunnel boring machines)
Alagútfúrás kőzetben
Alagút bővítő gép
Állékony, kemény kőzet
Gripper TBM
Állékony, kemény kőzet
Nyílt homlokú pajzs
Gyenge kőzet
Állékony talaj
Mechanikus homlokmegtámasztás
Mállott, nagyon töredezett kőzet
Állékony talaj
Légnyomásos pajzs
Vegyes kőzet
Kemény, állékony talaj, talajvíz
Vegyes kőzet
Puha szemcsés talaj
Vegyes kőzet
Puha kohézív talajok (agyag)
Nyitott TBM-ek
Pajzsos TBM-ek
48
Zagymegtámasztásos pajzs (Slurry, Hidro) Földnyomásos pajzs (EPB) Dupla pajzs
Kemény kőzettől a talajig
EPB-zagy pajzs
Változó kőzetkörnyezet
Hibrid TBM-ek
Alagútfúrás talajban
Hátűr injektálás Hátűr: kifejtett keresztmetszet és a falazat (tübbingek) közötti rész
49
Hátűr injektálás
50
Hátűr injektálás célja
Rövidtávon
hatékony kapcsolat biztosítása a talajjal felszínsüllyedések minimalizálása
Hosszútávon
tübbingek azonos ágyazási viszonyainak megteremtése többletszigetelés biztosítása
Hátűr kitöltő anyaggal szemben támasztott igények: megfelelő konzisztencia az injektáláshoz és a hátűr hézag nélküli kitöltéséhez kellő szilárdság, a farok szigetelésén történő visszaáramlás megakadályozására tömítőgyűrű biztosítása.
Hátűr injektálás
51
FAROKLEMEZEN KERESZTÜL
zárókefe 2
zárókefe 1
zárókefe 3
faroklemez
habarcs
injektálós cső
faroklemez szigetelő zsír
tübbing
TÜBINGEN KERESZTÜL 10 mm túlfejtés a TBM irányítására
TBM pajzs
zárókefe
tübbing
körkörös injektálás
min 80 mm
hidraulikus sajtó
sajtó talplemez
habarcs injektáló csonk
Spaciális technológiák A földalatti tér optimalizációja
52
Marótárcsa – fejtő szerszámok Talaj kat.
Talaj
1
Könnyen fejthető talaj: Nem, vagy kissé kohéziós homok, kavics, stb.
2
3
4
5
Közepesen fejthető talaj - homok, kavics - Iszap, agyag Nehezen fejthető talaj - Mint 1 és 2, de d > 63 mm és kövek 0,010,1 m3 - Mint 1 és 2, de tömbök 0,1 - >1m3
Könnyen fejthető kőzettömeg és hasonló talajok - töredezett, palás, mállott kőzettömeg - hasonló, kohéziós és nem kohéziós talaj Nehezen fejthető kőzet
53
Fejtőeszköz
- fejtő fog, folytonos vágóél - fejtő fog, vágóél - fejtő fog, acél tüske, központi vágórész
- Mint 2., kiegészítő vágótárcsa és kis kőtörő - Mint 2., kiegészítő vágótárcsa és nagy kő törő
- Vágótárcsa - Eltávolítható vágókés - vágó tárcsa
Marótárcsa – fejtő szerszámok
54
Könnyen és közepesen fejthető talajkörnyezet
EPB pajzs
Hidro pajzs
Marótárcsa – fejtő szerszámok Nehezen fejthető talaj, könnyen fejthető kőzet
Vágó tárcsa
Fejtő fog
55
Marótárcsa – fejtő szerszámok Nehezen fejthető kőzet
56
Marótárcsa – fejtő szerszámok
A kőzet tönkremenetele nyírásra.
57
Marótárcsa – fejtő szerszámok
58
Alagútfúró géplánc
59
Pajzsindítás
60
Előrehaladás
61
Északi pajzs teljesítménye a 2007 április 13-i indulást követő időszakban Április
Május
Június
Július
16-22
10 fm
23-29
21 fm
30-06
13 fm
07-13
19 fm
14-20
7 fm
21-27
9 fm
28-03
23 fm
04-10
28 fm
11-17
-
18-24
30 fm
25-01
24 fm
02-08
54 fm
New TBM Technologies Kőzetradarokkal előrejelezhető akadályok
62
Alagútfalazat – tübbing
Pajzsos alagútépítés szegmensekből álló alagútfalazat.
Beépítés pajzs védelmében Funkció
előregyártott vasbeton (acél)
alagút állékonyság építési és végleges állapotban Alagútfúró gép előrehaladása
Belső burkolat – technológiai okok
63
Tübbingek alkalmazása fúrt alagutak esetén
A falazat összesyerelése a pajzs védelmében
Alagútfúró pajzs fejtőtárcsája
Előregyártott elemek szállítása
64
Tübbing alagútfalazat Előregyártott alagútfalazat alkalmazásának előnyei
Előregyártás minőségbiztosítása:
Beépítés:
pajzs védelmében teljesen gépesítetten ellenőrzött körülmények között, mm pontosan történik (20-40 perc)
Előregyártott szerkezet: előfeszített tartó Méretezés végleges terhekre
ellenőrzött anyag ellenőrzött körülmények
Nincs szilárdulási idő Talajstabilizálás injektálással Talaj-/kőzetkörnyezet minimális zavarása
Hosszanti irány folyamatos nyomás kevesebb vasalás
65
Tübbingek alkalmazása fúrt alagutak esetén
Tipikus fúrt alagút, A végleges technológia beszerelése előtt
66
Tübbing alagútfalazat szerkezeti elemei Zárókő Keresztirányú fuga Trapéz-szegmens
Hosszirányú fuga Alagútfúrás iránya Normál szegmens
67
Tübbinges alagútfalazat szerkezeti elemei
Zárókő Trapéz-szegmens Keresztirányú fuga
Hosszirányú fuga
Normál szegmens
68
Tübbinges alagútfalazat szerkezeti elemei
69
Szegmensek típusai
Állandó keresztmetszet Kúpos Nényzetes
Speciális típusok Hatszög
Trapéz
Könnyített keresztmetszet
Tübbing falazat
70
A tübbinges alagútfalazat szerkezeti elemei Fugák kialakításai
Konvex-kovex
Tipikus tömítések
Konvex-sík
Konvex-konkáv
Sík-sík
71
Tübbinggyártás
72
Előregyártás lépései
Tübbinggyártás
73
Tübbing szerelés - erektor mechanikus erektor:
vákuumlapos erektor:
74
Tübbing szerepelés – M4
75
Alagútépítés előkészítés
pajzsköpeny méretezése
76
forgatónyomaték számítása
GEOTECHNIKA sajtoló erő számítása
homloktámasztó nyomás számítása koptatás becslése
Köszönöm a figyelmet
