ALAGUTAK (LGM-SE008-1)
4. ELŐADÁS IDEIGLENES FALAZAT MÉRETEZÉSE TALAJVÍZ SZIGETELÉS
WOLF ÁKOS
2016. április 16.
2
Ideiglenes falazat méretezése
Kőzetkörnyezet
3
Kőzetkörnyezet
4
Kőzettest geomechanikai értékelése Értékelési szempontok Kőzettömbök kőzetmechanikai tulajdonságai
Diszkontinuitás, tagoltság
Nyomószilárdság Rugalmassági modulus A repedés-rendszerek száma Repedések folytonossága Repedések iránya Repedések távolsága, repedés-frekvencia, blokkméret, RQD Repedések felületi érdessége és illeszkedése Repedések nyitottsága és kitöltöttsége
Egyéb paraméterek
Talajvíznyomás és áramlási viszonyok In-situ feszültségállapot
5
Repedésrendszer száma Egy repedésrendszer
Kettős repedésrendszer
Hármas repedésrendszer
6
Repedésrendszerek száma ISRM (International Society of Rock Mechanics) ajánlása I
Masszív kőzet, esetleges véletlenszerű repedések
II
Egy repedésrendszer
III
Egy repedésrendszer és véletlenszerű repedések
IV
Két repedésrendszer
V
Két repedésrendszer és véletlenszerű repedések
VI
Három repedésrendszer
VII
Három repedésrendszer és véletlenszerű repedések
VIII
Négy vagy több repedésrendszer
IX
Töredezett, teljesen mállott kőzet
7
Repedés folytonossága
ISRM által javasolt osztályozás Nagyon kevéssé összefüggő
Felületen meghatározható repedéshossz (m)
<1
Kevéssé összefüggő
1–3
Közepesen összefüggő
3 – 10
Jellemzően összefüggő
10 – 20
Nagyon összefüggő
8
> 20
repedések területi és hosszirányú kiterjedése a nyitott kőzetfelületen megfigyelhető repedéshosszak Befolyásolja kialakuló csúszólapokat, az esetleges lépcsőzetes tönkremenetelt,
Repedések iránya
Csapás
9
N
Függőleges sík
Tagolósík szöge A függőleges síkon mérve: 55 N
Tagolósík maximális dőlése Vízszintes sík
Tagolósík iránya Órajárással megfelelő irányban az északi irányhoz képes: 220
Tagolósík leírása: Irány / Dőlésszög 220/55
Repedések iránya
Analóg geológiai iránytű
Grafikus félgömb vetítés
10
Digitális geológiai iránytű
Repedéstávolság, repedés-sűrűség, blokkméret
Látszólagos repedéstávolság
Látszólagos repedéstávolság x, y és z irányban
Valós Repedéstávolság
Repedéstávolság: tagoló felületek merőleges távolsága
11
Repedéstávolság, repedés-sűrűség, blokkméret
12
Repedéstávolság osztályozása Leírás
Repedéstávolság (m)
Extrém sűrű repedés
< 0.02
Nagyon sűrű repedés
0.02 – 0.06
Sűrű repedés Közepes repedés Nagy repedéstávolság
0.06 – 0.2 0.2 – 0.6 0.6 – 2
Nagyon nagy repedéstávolság
2–6
Extrém nagy repedéstávolság
>6
Repedéssűrűség (): az egy méterre eső repedések száma. Repedéssűrűség a repedéstávolság inverze (sj), = 1 / sj
Repedéstávolság, repedés-sűrűség, blokkméret RQD (Rock Quality Designation) azon fúrómag darabok összességének aránya, amelyeknek a hosszúsága meghaladja a 4”-t (vagyis kb. 10 cm-t) a „módosított” magkihozatal RQD = (L1 + L2 + … + Ln) / L x 100% <10 cm L1
L2
L3
X
<10 cm L4
X
X
<10 cm core loss L5
L
RQD
Rock Mass Quality
< 25
Nagyon gyenge
25 – 50
Gyenge
50 – 75
Megfelelő
75 – 90
Jó
90 – 100
Kiváló
Li
X X
Ln
13
Repedéstávolság, repedés-sűrűség, blokkméret
14
Repedéstávolság, repedés-sűrűség, blokkméret
15
Repedéstávolság, repedés-sűrűség, blokkméret Tömbméret értékelés ISRM alapján Designation Nagyon nagy tömbök Nagy tömbök Közepes tömbök Kis tömbök
egységnyi térfogatra jutó repedésszám , repedésszám / m3 <1 1–3 3 – 10 10 – 30
Nagyon kis tömbök
> 30
Zúzottkő
> 60
16
Tagolófelület érdesség, illeszkedés Tagolófelület: két szomszédos kőzettömb érintkező felülete Felület: Nagyobb kiterjedés lépcsős, hullámos sík Kisebb kiterjedés Durva Sima Egyenletes
Kapcsolat:
jó, illeszkedő nyílt, nem illeszkedő
17
Tagolófelület érdessége
18
Tagoló felület leírása durva
lépcsős
Érdességi mérőszám (JRC)
sima egyenletes hullámos durva sima egyenletes
sík durva sima egyenletes
JRC20: 20cm hosszon mért érdesség JRC100:1 m-en mért érdesség.
Tagolófelület illeszkedése
Illeszkedési tényező (JMC) JMC = 1 pontosan, teljes felületen illeszkedés JMC = 0 nem, vagy csak pontszerűen illeszkedő felület esetén
19
Repedés nyíltsága
20
Nyílt
Zárt
Réstágasság
Réstávolság
Leírás
< 0.1 mm
Nagyon zárt
0.1 ~ 0.25 mm
Zárt
0.25 ~ 0.5 mm
Részben nyitott
0.5 ~ 2.5 mm
Nyitott
2.5 ~ 10 mm
Tág
1 ~ 10 cm
Széles
10 ~ 100 cm
Nagyon széles
>1m
Üreges
Kitöltött Réstágasság
Víz, levegő „Zárt"
„Hézagos"
„Nyílt"
Szilárd anyag
Kőzetszilárdság
Alagútfúró gép előrehaladása Fejtőszerszámok kopása Fejtési módok optimalizálása
21
Kőzetszilárdság
100 mm
22
50 mm
Kőzetszilárdság
23
Osztály
Megnevezés
sc [MPa]
A
Igen nagy szilárdságú kőzet
> 220
B
Nagy szilárdságú kőzet
110 – 220
C
Közepes szilárdságú kőzet
55 – 110
D
Kis szilárdságú kőzet
27,5 – 55
E
Igen kis szilárdságú kőzet
< 27,5
Osztály
Megnevezés
E/sc
A
Nagy modulus viszonyszám
> 500
B
Közepes modulus viszonyszám
200 – 500
E
Kis modulus viszonyszám
< 200
Brinke féle szám B = sc / st > 1
Kőzetszilárdság PLI: pontszerű terhelési teszt (Is(50))
24
Granite
5 – 15
Gabbro
6 – 15
Andesite
10 – 15
Basalt
9 – 15
Sandstone
1–8
Mudstone
0.1 – 6
A korrelációs tényező 10 és 30 között változhat.
Limestone
3–7
Gneiss
5 – 15
Schist
5 – 10
st 1.25 Is(50)
Slate
1–9
Marble
4 – 12
Is(50) mind független szilárdsági index is használható.
Quartzite
5 – 15
PLI és a tényleges szilárdság kapcsolata
sc 22 Is(50)
Kőzetteher tényező (rock load factor)
25
Kőzetteher tényező (rock load factor)
Terzaghi
Keskeny alagutak (<6 (9) m)
26
RMR (Geomechanikai osztályozás) A vizsgálandó paraméterek: 1. A kőzet egyirányú nyomószilárdsága (rσ) 2. RQD tényező (rRQD)
3. A tagoltságok távolsága („sűrűsége”) (rx) 4. A tagoltságok állapota (ra) 5. Réteg- és talajvizek (rG) 6. A tagoltságok iránya (rd)
27
Bieniavski, 1973, 1989
RMR 1. Kőzetszilárdság (rs)
2. RQD (rRQD)
28
RMR 3. Tagoltság távolsága (rx)
4. Tagoltság állapota (ra)
29
RMR 4a. Tagoltság felülete, kitöltöttsége
4b. Tagoltság megnyílása
30
RMR 4c. Tagoló felületek folytonossága
4d. Tagoltsági felületek mállottsága
31
RMR 5. Réteg és talajvízek (rg)
32
RMR 6. Tagoltság iránya (rd)
33
RMR Értékelés
34
RMR
az egytengelyű nyomószilárdság (σc) 12-16 %, átlag 14 %, súllyal
az RQD 19-42 %, átlag 30 % súllyal
a tagoltság távolsága (rx) 19-42 %, átlag 30 % súllyal
a tagolófelületek állapota (ra) 0-36 %, átlag 18 % súllyal
vízviszonyok (rG) 0-15 %, átlag 7 % súllyal
35
RMR
36
RMR
37
Eredeti RMR érték Módosított RMR érték
>50 40-50
30-40 20-30 10-20 0-10
>80
70-80
60-70
50-60
40-50
30-40
20-30
10-20
a
a
a
a
b
b
b
b
c, d
c, d
c, d, e
d, e
g
f, g
f, g, j
f, h, j
i
i
h, i, j
h, j
k
k
l
0-10
l
RMR
38
a) Általában nincs szükség megtámasztásra, de helyi horgonyzásra igény lehet b) Szisztematikus, injektált kőzetcsavarok, 1.0 m-enként. c) Szisztematikus, injektált kőzetcsavarok, 0.75 m-enként. d) Szisztematikus, injektált kőzetcsavarok, 1.0 m-enként, és 100 mm vastag lőttbeton. e) Szisztematikus, injektált kőzetcsavarok, 1.0 m-enként, és 300 mm vastag masszív lőttbeton; csak abban az esetben, ha a helyi feszültségviszonyok nem haladják meg a függőleges feszültséget f)
Szisztematikus, injektált kőzetcsavarok, 0.75 m-enként, és 100 mm vastag lőttbeton.
g) Szisztematikus, injektált kőzetcsavarok, 0.75 m-enként, és 100 mm vastag lőttbeton betonacél háló erősítéssel.
RMR
39
h) Szisztematikus, injektált kőzetcsavarok, 1.0 m-enként, és 450 mm vastag betonhéj; csak abban az esetben, ha a helyi feszültségviszonyok nem haladják meg a függőleges feszültséget
i)
Szisztematikus, injektált kőzetcsavarok, 0.75 m-enként, és 100 mm vastag lőttbeton betonacél háló erősítéssel, és csúszóívek, amennyiben a helyi feszültség nagy.
j)
Stabilizálás kőzetcsavarokkal és betonacél hálóval, majd 450 mm vastag beton, amennyiben a helyi feszültség megengedi
k) Stabilizálás kőzetcsavarokkal és betonacél hálóval, valamint 100150 mm lőttbetonnal, és csúszóívek, amennyiben a helyi feszültség nagy. l)
Meg kell akadályozni a tönkremenetel kialakulását; valamint j vagy k megtámasztási rendszer
RMR
40
Egyéb felhasználás Kőzetfizikai paraméterek becslése
Kohézió: c = 3,625∙RMR Belső súrlódási szög: j = 25∙[1+0,01∙RMR] j = 1,5∙RMR Alakváltozási paraméter
Rézsűállékonyság Alapozás
RMR>20 RMR<20
RMR – példa 1 Példa(a): Vízerőmű megközelítő alagútja, 20 m fesztáv, 10 m falmagasság
Gránit kőzettest 3 jellemző tagolórendszerrel (1 közel vízszintes, 1 közel függőleges és 1 közel függőleges // az alagúttengelyre), átlagos RQD 88%, tagolósíkok átlagos távolsága 0,24 m, repedések felülete jellemzően lépcsős, durva, repedések zártak, nem mállottak, de helyenként elszíneződtek, a homlok nedves, de csepegés még nem figyelhető meg, jellemző UCS=160 MPa, az alagút 150 m mélyen helyezkedik el, ahol nem figyelhető meg abnormális helyi feszültség.
41
RMR – példa 1 Példa(a): Vízerőmű megközelítő alagútja, 20 m fesztáv, 10 m falmagasság
Gránit kőzettest … jellemző UCS=160 MPa….
1. Kőzetszilárdság (rs)
42
RMR – példa 1 Példa(a): Vízerőmű megközelítő alagútja, 20 m fesztáv, 10 m falmagasság
Gránit kőzettest … átlagos RQD 88%...
2. RQD (rRQD)
43
RMR – példa 1 Példa(a): Vízerőmű megközelítő alagútja, 20 m fesztáv, 10 m falmagasság
Gránit kőzettest … tagolósíkok átlagos távolsága 0,24 m…
3. Tagoltság távolsága (rx)
44
RMR – példa 1 Példa(a): Vízerőmű megközelítő alagútja, 20 m fesztáv, 10 m falmagasság
Gránit kőzettest …repedések felülete jellemzően lépcsős, durva, repedések zártak, nem mállottak, de helyenként elszíneződtek… 4. Tagoltság állapota (ra)
45
RMR – példa 1 Példa(a): Vízerőmű megközelítő alagútja, 20 m fesztáv, 10 m falmagasság
Gránit kőzettest … a homlok nedves, de csepegés még nem figyelhető meg…
5. Réteg és talajvízek (rg)
46
RMR – példa 1
47
Példa(a): Vízerőmű megközelítő alagútja, 20 m fesztáv, 10 m falmagasság Gránit kőzettest 3 jellemző tagolórendszerrel (1 közel vízszintes, 1 közel függőleges és 1 közel függőleges // az alagúttengelyre) …
6. Tagoltság iránya (rd)
RMR – példa 1 UCS RQD (%) Tagolófelületek távolsága (m) Tagolófelület minősége Talajvíz
48
160 MPa
12
88%
17
0.24 m
10
durva, ép, nem nyílt
30
nedves
7
RMR
76
Repedések iránya: megfelelő, nagyon kedvező, nagyon kedvezőtlen nagyon kedvezőtlen Módosító tényező = -12; Módosított RMR = 64
RMR – példa 1
49
RMR
Módosított RMR
>80
70-80
60-70
50-60
>50
a
a
a
a
b
b
b
b
c, d
c, d
c, d, e
d, e
g
f, g
f, g, j
f, h, j
i
i
h, i, j
h, j
k
k
l
40-50 30-40 20-30 10-20 0-10
40-50
30-40
20-30
10-20
a. Nincs szükség megtámasztásra, de helyi horgonyzás szükséges lehet
0-10
l
RMR példa 2
50
Példa (b): autópálya alagút, 20 m fesztáv, 10 m magas Homokkő, jellemzően 2 tagolórendszerrel tagolva (1 // alagúttengellyel, 30 dőléssel, 1 alagúttengelyre 70 dőléssel), néhol véletlenszerű repedések figyelhetőek meg, átlagos RQD 70%, jellemző repedéstávolság 0.11 m, repedések felülete enyhén durva, nagyon mállott, elszíneződött, de a repedések idegen anyaggal nincsenek kitöltve, a repedések zártak, nyitottságuk kisebb mint 1 mm, jellemző kőzetszilárdság 85 MPa, 80 m a legnagyobb takarás, talajvízszint -10 m-en található.
RMR – példa 2
UCS
51
85 MPa
7
70%
13
0.11 m
8
Tagolófelület minősége
Enyhén durva, nagyon mállott, nyitottság < 1mm
20
Talajvíz
Víznyomás / feszültség = 0,32
4
RQD (%) Tagolófelületek távolsága (m)
RMR
Repedések iránya: megfelelő, kedvezőtlen kedvezőtlen Módosító tényező = - 10; Módosított RMR = 42
52
RMR – példa 2
52
RMR Módosított RMR
>80
>50
a
40-50 30-40 20-30 10-20 0-10
70-80 60-70 50-60 40-50 30-40 20-30 10-20 a
a
a
b
b
b
b
c, d
c, d
c, d, e
d, e
g
f, g
f, g, j
f, h, j
i
i
h, i, j
h, j
k
k
l
b. Teljes felületű injektált horgonyzás, 1.0 m horgonytávolsággal
0-10
l
RMR – példa 3 Példa (c): 10 m átmérőjű vasúti alagút Nagyon töredezett palás kőzet, 2 jellemző tagolórendszerrel (1 vízszintes, 1 függőleges // az alagúttengellyel ), de sok véletlenszerű repedéssel, átlagos RQD 41%, az alagútban a repedések folyamatosnak tűnnek, a repedések felülete sima, hullámos, erősen mállott, a repedések 3-5 mm-re kinyíltak, jellemzően agyaggal telítettek, jellemző kőzetszilárdság 65 MPa, 10 m alagúthosszon 50 litre/perc vízbefolyás figyelhető meg, ami kimossa a repedéseket. Az alagút 220 m-rel található a felszín alatt.
53
RMR – példa 3
UCS RQD (%) Tagolófelületek távolsága (m)
Tagolófelület minősége Talajvíz
54
65 MPa
7
41%
8
0.05 m
5
folytonos, sima, nyílt 1-5mm
10
Vízbefolyás = 50 l/min
4 RMR
Repedések iránya: megfelelő, nagyon kedvezőtlen nagyon kedvezőtlen Módosító tényező = - 12; Módosított RMR = 22
34
RMR – példa 3
55
RMR Módosított RMR
>80
70-80
60-70
50-60
>50
a
a
a
a
b
b
b
b
c, d
c, d
c, d, e
d, e
g
f, g
f, g, j
f, h, j
i
i
h, i, j
h, j
k
k
l
40-50 30-40 20-30 10-20 0-10
40-50
30-40
20-30
10-20
0-10
g, j. Sűrű teljes felületű horgonyzás (0.75 m), betonacél háló, 100 mm vastag lőttbeton, 450 mm vastag belső héj.
l
Q(quality)-módszer
RQD Jn Jr Ja Jw SRF
56
RQD érték (5-re kerekítve) tagoltság csoportjainak számát kifejező érték tagoltság érdességi mérőszáma tagoltság felületi mállottságának mérőszáma tagoltságban megjelenő víz mérőszáma feszültség redukáló tényező (stress reduction factor)
RQD J r J w Q J n J a SRF
Q-módszer Kőzettest szerkezete
57
RQD tagoltság mérőérősz Jn tagoltság csoportjainak száma
Q-módszer Kőzettömbök nyírószilárdsága
58
Jr tagoltság érdessége J a tagoltsági felület mállottsága
Q-módszer Kőzettömbök nyírószilárdsága
59
Jr tagoltság érdessége J a tagoltsági felület mállottsága
Q-módszer Feszültség érték
60
Jw talajvíz redukciós tényező SFR feszültség redukciós tényező
Q-módszer Feszültség érték
61
Jw talajvíz redukciós tényező SFR feszültség redukciós tényező
Q-módszer
62
Q-módszer Egyenértékű fesztáv
63
tényleges fesztáv v. magasság De megtámasztási érték , ESR
Q-módszer
(1): biztosítás nélküli, (2): helyenkénti kőzetcsavar; (3): szisztematikus kőzetcsavar; (4): szisztematikus kőzetcsavar 40-100 mm vastag vasalatlan lőttbetonnal; (5): szálerősítésű lőttbeton (50-90 mm vastag) és kőzetcsavar; (6): szálerősítésű lőttbeton (90-120 mm vastag) és kőzetcsavar; (7): szálerősítésű lőttbeton (120-150 mm vastag) és kőzetcsavar; (8): szálerősítésű lőttbeton (> 150 mm) acélhálóval és kőzetcsavarral; (9): előregyártott betonelemmel megtámasztva
64
Q-módszer
65
Oldalfal esetén fal magassága = fesztáv
Módosított Q index: Q > 10,
Qfal = 5 Q
0.1 < Q < 10,
Q fal = 2.5 Q
Q < 0.1,
Q fal = Q
Ideiglenes megtámasztás: ESRideiglenes = 1.5 ESR vagy Qideiglenes = 5 Q (mind a főte, mind a fal esetén)
Q-módszer – példa 1 Példa(a): Vízerőmű megközelítő alagútja, 20 m fesztáv, 10 m falmagasság
Gránit kőzettest 3 jellemző tagolórendszerrel (1 közel vízszintes, 1 közel függőleges és 1 közel függőleges // az alagúttengelyre), átlagos RQD 88%, tagolósíkok átlagos távolsága 0,24 m, repedések felülete jellemzően lépcsős, durva, repedések zártak, nem mállottak, de helyenként elszíneződtek, a homlok nedves, de csepegés még nem figyelhető meg, jellemző UCS=160 MPa, az alagút 150 m mélyen helyezkedik el, ahol nem figyelhető meg abnormális helyi feszültség.
66
Q-módszer Példa(a): Vízerőmű megközelítő alagútja, 20 m fesztáv, 10 m falmagasság Gránit kőzettest 3 jellemző tagolórendszerrel (1 közel vízszintes, 1 közel függőleges és 1 közel függőleges // az alagúttengelyre), RQD tagoltság mérőérősz Kőzettest szerkezete Jn tagoltság csoportjainak száma
67
Q-módszer
68
Példa(a): Vízerőmű megközelítő alagútja, 20 m fesztáv, 10 m falmagasság Gránit kőzettest … repedések felülete jellemzően lépcsős, durva, repedések zártak, nem mállottak, de helyenként elszíneződtek… Kőzettömbök nyírószilárdsága
Jr tagoltság érdessége J a tagoltsági felület mállottsága
Q-módszer
69
Példa(a): Vízerőmű megközelítő alagútja, 20 m fesztáv, 10 m falmagasság Gránit kőzettest …repedések felülete jellemzően lépcsős, durva, repedések zártak, nem mállottak, de helyenként elszíneződtek …
Kőzettömbök nyírószilárdsága
Jr tagoltság érdessége J a tagoltsági felület mállottsága
1
Q-módszer
70
Példa(a): Vízerőmű megközelítő alagútja, 20 m fesztáv, 10 m falmagasság
Gránit kőzettest … a homlok nedves, de csepegés még nem figyelhető meg …
Feszültség érték
Jw talajvíz redukciós tényező SFR feszültség redukciós tényező
Q-módszer
71
Példa(a): Vízerőmű megközelítő alagútja, 20 m fesztáv, 10 m falmagasság Gránit kőzettest … jellemző UCS=160 MPa, az alagút 150 m mélyen helyezkedik el, ahol nem figyelhető meg abnormális helyi feszültség. s c 160 160 39,5 s 1 150 0,027 4,05 Jw tagoltság érdessége Feszültség érték SFR feszültség redukciós tényező
Q-módszer
72
Példa(a): Vízerőmű megközelítő alagútja, 20 m fesztáv, 10 m falmagasság
Egyenértékű fesztáv
De
tényleges fesztáv v. magasság megtámasztási érték , ESR
Q-módszer – példa 1 RQD
73
88%
RQD
88
Tagolórendszerek száma
3
Jn
9
Tagolórendszerek felülete
Durva, lépcsős (hullámos)
Jr
3
Tagolórendszerek mállottsága
Nem mállott, néhol elszíneződött
Ja
1
Vízviszonyok
Csak nedves (száraz fejtés vagy kismértékű vízbefolyás)
Jw
1
sc/s1 = 160/(1500.027) = 39.5
SRF
1
Feszültségviszonyok Q
(88/9) (3/1) (1/1)
29
Q-módszer
74
4
2
5 3 Ht = 10m
1
Q = 29, ESR = 1.3, Fesztáv = 20m, De = 15.4m 3
Qwall=5Q
Q-módszer – példa 1 Példa(a): Vízerőmű megközelítő alagútja, 20 m fesztáv, 10 m falmagasság, gránit, Q=29 Főtemegtámasztás a Q-index szerint: Teljes felületű horgonyzás 2,5 m horgonytávolság 4,5 m horgonyhossz Vékony lőttbeton réteg (kb 2 cm) a főtében Alagútfal megtámasztása: Nincs szükség megtámasztásra
75
Q-módszer – példa 2 Példa (b): autópálya alagút, 20 m fesztáv, 10 m magas Homokkő, jellemzően 2 tagolórendszerrel tagolva, néhol véletlenszerű repedések figyelhetőek meg, átlagos RQD 70%, jellemző repedéstávolság 0.11 m, repedések felülete enyhén durva, nagyon mállott, elszíneződött, de a repedések idegen anyaggal nincsenek kitöltve, a repedések zártak, nyitottságuk kisebb mint 1 mm, jellemző kőzetszilárdság 85 MPa, 80 m a legnagyobb takarás, talajvízszint -10 m-en található.
76
Q-módszer – példa 2 RQD
77
70%
RQD
70
Tagolórendszerek száma
2 rendszer és véletlenszerű repedések
Jn
6
Tagolórendszerek felülete
Enyhén durva (durva, sík)
Jr
1.5
Tagolórendszerek mállottsága
Mállott, elszíneződött, (megváltozott, de nem felpuhult ásványi réteg)
Ja
2
Vízviszonyok
70 m talajvíz = 7 kg/cm2 = 7 bars
Jw
0.5
sc/s1 = 85/(800.027) = 39.3
SRF
1
Feszültségviszonyok Q
(70/6) (1.5/2) (0.5/1)
4.4
Q-módszer
78
4 3
2
5
Ht = 10m
1 Q=4.4, ESR=1.0, Span=20m, De=20m
3
Qwall=2,5Q
Q-módszer – példa 2 Példa (b): autópálya alagút, 20 m fesztáv, 10 m magas, homokkő, Q=4.4 Főtemegtámasztás a Q-index szerint: Horgonytávolság 2.1 m Horgonyok hossza 5 m SFR 7 cm Alagútfal megtámasztása: Horgonytávolság 2.4 m Horgonyok hossza 3 m Vékony lőttbeton réteg
79
Q-módszer – példa 3
80
Példa (c): 10 m átmérőjű vasúti alagút Nagyon töredezett palás kőzet, 2 jellemző tagolórendszerrel, de sok véletlenszerű repedéssel, átlagos RQD 41%, az alagútban a repedések folyamatosnak tűnnek, a repedések felülete sima, hullámos, erősen mállott, a repedések 3-5 mm-re kinyíltak, jellemzően agyaggal telítettek, jellemző kőzetszilárdság 65 MPa, 10 m alagúthosszon 50 litre/perc vízbefolyás figyelhető meg, ami kimossa a repedéseket. Az alagút 220 m-rel található a felszín alatt.
Q-módszer – példa 3 RQD
81
41%
RQD
41
Tagolórendszerek száma
2 rendszer + véletlenszerű
Jn
6
Tagolórendszerek felülete
Sima, hullámos
Jr
1.5
Tagolórendszerek mállottsága
Erősen méllott, 3-5 mm agyaggal kitöltve
Ja
4
Nagy mennyiségű vízbefolyás, ami kimossa a repedéseket
Jw
0.33
sc/s1 = 65/(2200.027) = 11
SRF
1
Vízviszonyok Feszültségviszonyok Q
(41/6) (1.5/4) (0.33/1)
0.85
Q-módszer
82
4
3
5
2
Ht = 10m
Qwall=2,5Q
1 Q = 0.85, ESR = 1.0, Span = 10m, De = 10m
3
Q-módszer – példa 3 Példa (c): 10 m átmérőjű vasúti alagút, töredezett palás kőzet, Q=0.84 Főtemegtámasztás a Q-index szerint: Horgonytávolság 1.6 m Horgonyok hossza 3 m SFR 10 cm Alagútfal megtámasztása: Horgonytávolság 1.9 m spacing SFR 6 cm
83
Q-módszer és RMR összehasonlítása
RMR
Q
84
a) példa (20 m fesztáv)
b) példa (20 m fesztáv)
c) példa (10 m fesztáv)
Nincs szükség megtámasztásra, helyi horgonyzás
Teljes felületű horgonyzás, 1.0 m horgonytávolság.
Teljes felületű horgonyzás, .75 m horgonytávolság, betonacél háló 10 cm lőttbetonnal, 45 cm belső falazat
Teljes felületű Teljes felületű horgonyzás, 2.5 m horgonyzás, 2.1 m horgonytávolság, horgonytávolság, vékony lőttbeton 7 cm SFR helyileg alkalmazva
Teljes felületű horgonyzás, 1.6 m horgonytávolság, 10 cm SFR
Nagy különbségek
Q-módszer és RMR összehasonlítása
85
RMR nem veszi figyelembe az alagút méretét, jellemzően 3-10 m fesztávra használható.
RMR nem tesz különbséget a fel és főte megtámasztása között.
Megfelelő és jobb kőzettest esetén az RMR és Q-módszer hasonló eredményt ad, bár a Q több lőttbetont, míg az RMR több horgonyzást ír elő (bányák).
Gyenge kőzet esetén, nagy különbségek vannak:
A Q-rendszert alapvetően jó minőségű kőzetre fejlesztették ki.
Az RMR rendszer használata ajánlott gyenge minőségű kőzet megtámasztásának számítására
86
Végleges alagútfalazat méretezése
Végleges alagútfalazat
87
Alagútfúró gép tübbing
Bányászati módszer monolit vasbeton
Az alagútfalazat terhei (JSCE, 1996) 1. 2. 3.
4. 5. 6. 7.
8. 9. 10. 11.
12.
88
Vízszintes és függőleges földnyomás Talajvíz terhei Elsődleges terhek Önsúly Felszíni terhek Reakcióerők (Ágyazat) Belső reakcióerők Építési terhek Másodlagos terhek Egyéb terhek (pl. földrengés, …) Párhuzamos alagutak egymásra ható terhei Egyéb kivitelezési munkák a környéken Speciális terhek Talajmozgás okozta terhek Egyéb terhek
Az alagútfalazatot ezen terhek mértékadó kombinációjára kell tervezni
Alagútfalazat terhei
89
Földnyomás ~ elmozdulás Földnyomás, víznyomás: radiális vagy komponensek
Alagútfalazat terhei
90
Teherállapotok Az alábbi mértékadó keresztmetszeteket kell vizsgálni az alagútfalazat méretezésekor: (1) Legnagyobb takarás (2) Legkisebb takarás (3) Legmagasabb talajvízszint (4) Legalacsonyabb talajvízszint (5) Nagyobb felszíni terhek (6) Külpontos terhelés
(7) Nem vízzintes felszín (8) Jövőbeli szerkezet fog épülni az alagút környezetében
91
Teherállapotok 1
2
92
3
4 Talajvízszint
4
Talajvízszint
5
Felszíni teher
6
7
8
Jövőbeli alagút
Kőzetteher tényező (rock load factor)
Terzaghi
Keskeny alagutak (<6 (9) m)
93
Terzaghi kőzetnyomás elmélete
94
Protodjakonov kőzetnyomás elmélete
95
Szerkezet modellezés
96
Rugalmas ágyazás elve
Talaj-szerkezet kölcsönhatás rugó
Rugómerevség (k) függ
a talaj merevségétől
a falazat sugarától
A falazat merevségétől
q Cá w
Lineáris kapcsolat az elmozdulás reakció között
Hibák:
Ágyazási tényező nem anyagállandó
Egy pont reakciója a szomszédos pontok elmozdulásától is függ
Kőzetkörnyezetre nem ad információs
Végeselemes módszer 2D
97
2D FEM végeselem modell
mértékadó keresztmetszetek
síkbeli alakváltozási állapot
Síkbeli feszültségek vizsgálata
Végeselemes módszer 3D
98
99
Talajvízkezelés, vízszigetelés
Kőzetporozitás
100
Elsődleges porozitás
Kőzet hézagtérfogata << talaj hézagtérfogata Egyedülálló – összefüggő pórusok Jellemző értékek
Magmás és metamorf kőzetek: 2% Homokkő: 1-5% Üledékes pala: 5-20% Mészkő: 20-50%
Másodlagos porozitás
Kőzettest repedezettsége Összefüggő tagolórendszer vízáteresztő képesség Pórusvíz – kémiai reakció
Nyugalmi víz – nincs reakció (telített koncentráció) Áramló víz – folyamatos reakció (pl. karszt)
Kőzettest áteresztőképessége
Hatékony feszültség s = s’ + p
Pórusvíznyomás meghatározása:
Piezométer Elektromos nyomásmérő Pneumatikus nyomásmérő
Darcy törvény v = K∙I
Áteresztő képesség ~ másodlagos porozitás Áteresztő képesség meghatározása
Laboratórium: állandó nyomású és változó nyomású vizsgálat Helyszínen: Lugeon vizsgálat (pakkeres teszt) Helyszínen: próbakutas vizsgálat …
101
Lugeon vizsgálat (1933)
Furat izolált szakasza Állandó nyomás(10 perc) – vízmennyiség Pmax: talajtörés elkerülése (s3) 5 lépcső: terhelési hurok Lugeon–féle áteresztő képesség ami P0= 1 MPa víznyomáshoz és 1 l/min/m vízáramláshoz tartozó vízáteresztő képesség
102
Próbakutas vizsgálat
103
− Egy kutas vizsgálat − Több kutas vizsgálat
Szivattyúzás – nyomáskülönbség 24-72 órán keresztül mérik a reakciót Meghatározandó értékek: Kinyert víz mennyisége Hidraulikai jellemző Kút hatása …
Talajvíz veszélye
Nagy víztartalmú kőzet vízbetörés veszélye elárasztás, talajtörés veszélye
Magas áramlási érték (1000 l/s) idővel csökken (vízutánpótlódás elapad)
104
Vízbetörés az építés alatt
Talajvíz probléma Karsztos kőzet
105
Talajvíz probléma
106
Alagútfenntartási problémák
Talajvíz probléma Egyéb problémakörök
Tenger alatti alagutak (tavak, folyók)
Lefele történő alagútépítés (a víz az alagút homlokán gyűlik össze)
Alagútépítés süllyedésre érzékeny területen (városi alagutak)
Környezetvédelem (források, ökoszisztéma sérül, stb)
Alacsony talajállékonyság
etc
107
Talajvíz probléma kezelése Injektálás
Áramló víz injektálás hatása csökken
Víznyomás előzetes csökkentése hatékonyságnövekedés
Anyag: 10% szilikáttartalmú cementhabarcs vagy poliuretán habok
Előinjektálás: karsztok, üregek feltöltése, nagy áteresztő képességű vetőzónák biztosítása
108
Alagút vízszigetelése
109
Drénezés
Vízbeszivárgás Falazatra ható víznyomás csökken Folyamatos üzemelés
Vízzáróság
Vízbeszivárgás nincsen Falazatra víznyomás hat 60 m mélységig alkalmazható
Drénezés, “esernyő módszer”
Nyugalmi talajvízszint felett
Fentről beáramló víz ellen
Főte+oldalfal szigetelése fal lábánál vagy ellenboltozatban vízgyűjtése
Drénezés víznyomás csökkenés
Folyamatos üzem: karbantartás
Veszély: források, termál kutak veszélyeztetése
110
Drénezés, “esernyő módszer”
111
Drénezés, “esernyő módszer” 1. Ideiglenes lőttbeton vízáteresztő: mikrorepedések, direkt furatok 2. Vízzárás, víz összegyűjtése: ideiglenes és végleges biztosítás között: vízzáró membrán Nagy mennyiségű vízfolyás közvetlen bekötés Víz levezetése a hosszanti dréncsőbe 3. Központi vízelvezető csatornába való bekötés
112
Drénezés, “esernyő módszer”
113
Drénezés, “esernyő módszer” Süllyedés a víztelenítés hatására
114
Vízszigetelés: « tengeralattjáró módszer »
A nyugalmi talajvízszint alatt, a talajvíz nyomásának ellenálló teljes felületi szigetelést kell alkalmazni
-
Vízzáró beton: víznyomás <3 bar
-
Vízzáró membránok: víznyomás 3 és 15 között
-
Injektálás: Kiegészítve a vízzáró membránt, ha a víznyomás nagyobb, mint 15 bar
115
Vízzáró beton
Vízzáró alagútfalazat: technológia, betonreceptúra (vízcement tényező, szemeloszlás, falvastagság, utókezelés, stb)
Hőmérsékletingadozás, zsugorodás mikrorepedések vasalással (részben) kezelhető
Rövid betonozási egység zsugorodási repedés csökkenthető növeli a munkahézagok számát (potenciális veszélyforrás)
Ideiglenes – végleges alagútfalazat elválasztása
Lokális vízszivárgás jól azonosítható, javítható
116
Fólia
117
Ideiglenes megtámasztásra felerősítve Geomembrán szigetelés Szigetelés védelme: geotextília membrán és lőttbeton között Fólia csatlakozás heggesztéssel. Nem alkalmazható:
Poliészter - hidrolóizis roncsolja, PVC - égés során felszabaduló mérgező gázok.
Szórt szigetelés Száraz (kéznedves, nincs csepegés) alagútfalazat Szabálytalan geometria
118
Injektálás
Nagy víznyomás (>15 bar) injektálással csökkenthető
Alpesi alagutaknál elterjedt
Alagútfúrás előtti injektálás vízmozgás még nincsen technológia alkalmazása könnyebb
119
Köszönöm a figyelmet
