Alagútépítési módszerek
„Az igazi mővészet az alagútépítésben a nagy kızetnyomások megelızése, ami sokkal eredményesebb tudomány, mint a már fellépı kızetnyomások felvétele. Az elsı a szellemi, a másodikat a durva fizikai munkával lehet összehasonlítani” Ržiha
Alagutak építési módjai • alagútépítés szilárd kızetben fejtés eszközei - mechanikus bontással, fúrással - marófejjel - robbantással biztosítás módja - alagútépítés szabad homlokfejtéssel megtámasztás nélkül - alagútépítés szabad homlokfejtéssel, de megtámasztással
•
alagútépítés közepes, vagy alacsony szilárdságú kızetekben, talajokban szelvény részletekben kifejtı és kifalazó módszer - alátámasztó (belga) módszer - maghagyó (német) módszer - fenékboltozatos (olasz) módszer - kombinált módszer szelvényt részletekben kifejtı, de egyben kifalazó módszer - hossztartós (angol) módszer - szaruzatos (osztrák) módszer - győrős építési módszerek (Kuncz, Bernold, kölni)
Régi bányászati eljárások
Alagút részeinek megnevezése
Talptáróból való feltörés 1. táróban a szállítás; 2. táróban a munkavégzés Egymástól független munkavégzés; a szelvény a vázolt részletekben való kifejtése, a végleges falazat alulról felfelé haladva folyamatosan készül. Elınyei tágas munkatér, nagy haladási sebesség.
Rove alagút Marseille mellett, 22 x 15,40 m, and osztott fejtések
Magfejtéses (strozze) módszerrel Fejtés felülrıl lefelé, adott sorrendben. A fejtés, szállítás nincs különválasztva, szállítási útvonal állandó áthelyezése. Elınyei jó szellızés, áttekinthetı, összefüggı munkavégzés.
Süvegszelvényfejtése (Kalott fejtés) Gerinctáróból kiindulva adott győrőhosszban kifejtik a süvegszelvényt, majd talajra állítva, vagy hosszirányú vállgerendára támasztva elkészül a tetıboltozat. Ezt követi a középsı lemélyítésbıl felváltva kétoldalt kiágazva megépül az oldalfalazat.
Réseléses módszer Alulról felfelé haladó réseléses fejtés. Állékony kemény sziklatalajban alkalmazható, ideiglenes megtámasztás nélkül is alkalmazható. Végleges falazat itt is alulról felfelé összefüggı egészben készül.
Alulról felfelé építési módszer Leglazább talajban elıször a talptáróból indított keskeny vágatokban készül el a falazat talprésze. Lépcsıs eltolásban készül a középsı rész, majd egy újabb lépcsıben a felsı rész.
Oldaltárós módszer Alacsonyabb szilárdságú talajban, ahol a tetıboltozat ráállítását nem engedi meg. Elıször az oldal falak épülnek meg az oldaltárókban. Majd a gerinctáróból indulva kifejtik a süvegszelvényt és a kész oldalfalakra támaszkodva megépül a tetıboltozat. Legvégén fejtik ki a bennmaradt földmag részt.
Talptáró általános elrendezése
Belga építési mód (alátámasztó)
1: gerinctáró építése; 2: gerinctáró biztosítása és bıvítése; 3: teljes kalott kifejtése; 4: mintaív és zsaluzat beépítése; 5: fıteboltozat betonozása; 6: fıteboltozat egyik oldalának aláfejtése és az oldalfal beépítése; 7: a fıteboltozat másik vállának aláépítése; 8: munkahézagok Elınyei: a fıte gyors végleges biztosítása, a boltozat gyors megépítése
Német módszer - maghagyásos
a. talptárók hajtása betonozása; c. süvegszelvény kifejtése; e. talp (ellenbolt) betonozása;
b. fejtáró hajtása; d. mintaív állítása, boltozat betonozása; f. belsı vasbeton bélés építése.
Gyenge teherbírású talajban alkalmazható elınyösen.
Angol módszer (szelemenes) A szelvényt egyben falazzák ki. Hossztartós, korona gerendás eljárás.
Kuncz-féle építési módszer Vasszerkezető dúc-és mintaívek, tengelyirányú fapallózás. Német és a belga építési módszer tovább fejlesztése.
Kölni építési mód Vasszerkezető merevítı bordák Hosszirányban átfedı, elıresajtolt acél hullámpallók. Nagyon laza talajban is jól alkalmazhatók, minimalizálja a süllyedéseket
Bernold építési módszer Építés sajtolt tőzıpallókkal 1: késtámok 2: vágóél 3: injektálás 4: betonfalazat 5: Bernold-lemez; 6: acél mintaívek; 7: hidraulikus támasztótalpak A klasszikus alagútépítés nehézkes, többszöri átváltását és gyorsan elhasználódó dúcolásokat igénylı építési módszereit teszi egyszerőbbé és gyorsabbá.
Háttérőr kitöltése
Tömedékeléses szemcsés, zúzott fejtési anyaaggal, késıbb injektálással
Osztrák alagútépítési eljárások • • • •
régi osztrák alagútépítési eljárás újabb osztrák alagútépítési eljárás új osztrák alagútépítési eljárás (NÖT, NATM) legújabb osztrák alagútépítési eljárás
A régi osztrák alagútépítési módszer ismérvei: • a keresztmetszet a fıtétıl a talpig szeletekben – kevesebb, vagy több részfelületekben fejtik és ideiglenesen biztosítják, a dúcolat többszöri átépítésével. • a végleges falazat - régebben téglából, késıbb betonból - alulról felfelé haladva egy folyamatos munkamenetben épül meg. • talpboltozat sokszor meg sem épült, illetve jóval késıbb került be. • a fejtési frontok nagyszámú variálhatósága, aminek a célja, hogy nagy létszámú csapatok tudjanak egyszerre dolgozni, amivel csökkenthetı az építési idı. Alkalmazások: Oberau alagút, Lipcse-Drezda, 1837-1839 1848-ban Alpokon átvezetı alagutaknál
Régi osztrák alagútépítési eljárás Elınye •kevésbé állékony talajban is alkalmazható • kereszttartós kialakítású • hosszirányú pallózás • talptáró mint kutató táró is funkcionál • több munkafelületet is biztosít • szelvény falazata egy folytonos menettel elkészíthetı Hátránya • szőkös munkavégzési terek az ácsolatok miatt • süllyedés érzékenység a folyamatos átépítés miatt • talajkörnyezet hosszú ideig a hajlékony, könnyőácsolatra nehezedik, ami süllyedéseket okoz. • gyakori váltás fejtés és dúcolás között lassú elırehaladást eredményez, nem „automatizálható”
Régi osztrák alagútépítési eljárás
Régi osztrák alagútépítési eljárás
Régi osztrák alagútépítési eljárás
fejlıdés Az újabb osztrák alagútépítési eljárás abban különbözik a régitıl, hogy a a lényeges biztosítási elemekhez acélt használtak. F. Rziha a tovább fejlesztés keretében ötvözte a győrős építési mód elınyeit az újabb osztrák építési eljárással. A fejlıdés késıbbi szakaszában a győrős építési módból kifejlıdött a Kuncz-féle vegyes anyagú építési eljárásba. A Kuncz-féle eljárást sok esetben csak a kalott fejtésénél alkalmazták. Ebbe a sorba tartozik a kölni alagútépítési eljárás, amely győrős építési mód elveszı vasszerkezeti elemekkel, ami az utólagos felszíni süllyedések kiküszöböléséhez vezetett
Új osztrák alagútépítési eljárás L. Rabcewicz: Patentschrift, Östereichisches Patent Nr. 165573, 1948 1: keresztmetszet fejtése 2: viszonylag könnyő segédboltozat építése 3: talpboltozat építése 4: teherhordó boltozat 5: boltozatot támasztó vállak 6: szigetelés A kifejtett üreget ideiglenesen egy csekély falvastagságú héjjal biztosítják, ami lehetıvé teszi, hogy a hegynyomások részben leépüljenek és a környezı kızettestnek adja át. A végleges falazat így kisebb terhelést kap és idıben késıbb építhetı be, lényegesen kisebb vastagsággal. Mérésekkel figyelemmel kell viselni a deformációkat, aminek eredményeit a falazat méretezésénél figyelembe kell venni.
Új osztrák alagútépítés filozófiája • L. Müller: Der Felsbau, Band 3. Tunnellbau, Stuttgart, 1978 – 21 pontban foglalja össze a NÖT alaptételeit: A fıteherhordó szerkezet a kifejtett teret körülvevı kızet/talajtömeg. Az ideiglenes biztosítás és a végleges falazat csak közvetítı szerepet játszik, feladata az, hogy elımozdítsa azt, hogy a kızettömegben kialakuljon a teherviselı győrő, vagy egy háromdimenziós teherviselı héj. A kızettömeg belsı erıit – primer feszültségek – olyan mértékben kell megırizni, amennyire csak lehetséges. A lazulást és omlást meg kell akadályozni, ezért kellı idıben megfelelı teherbírású megtámasztást kell beépíteni. A kızetmozgások idıbeni lefolyását, a kızetmozgások nagyságát, a kızet és a biztosítás közös mozgását mérni és megfelelıen értékelni kell. A laboratóriumi vizsgálatok és különösen a helyszíni mérések jó segítséget adnak ehhez.
A kızetmozgás, a várható nyomás és mozgás szempontjából, az
állékonysági értékelés és a mozgások idıbeli lefolyása a legfontosabb tervezési paraméterek. A falazat – mint az ideiglenes dúcolás, mind a végleges – vékony és hajlékony kell legyen. Ez kiküszöböli azt, hogy nagy nyomatékok keletkezzenek a falazatban és minimumra csökkenti a hajlítási repedések, törések megjelenésének lehetıségét is. A falazat teherbírásának növelését elsısorban háló beépítésével, horgonyok alkalmazásával, acélbordákkal kell elérni és nem a falazat vastagításával. Statikailag az alagútszerkezetet úgy tekintik, hogy az vastagfalú csı, amely kızetbıl, dúcolásból, belsı falazatból áll. Ez az alagútszerkezet azonban csak akkor dolgozik, ha zárt alakú ezért fontos a győrő mielıbbi zárása.. A kızetmozgások lefolyását alapvetıen meghatározza „a zárási idıtartam”. A kalott elırehaladásával a felsı szelvényrész, mint konzolosan kinyúló félhenger jelentıs hajlítási igénybevételnek lehet kitéve. A feltámaszkodás vonalában a felsı héj nagy nyomást gyakorol a kızetre.
Ezek az alaptételek lényegében már korábban is ismertek voltak az alagútépítésben, úgymint a korai győrőzárás fontosságát (F. Rźiha -1874), hajlékony vékony héj alkalmazása ( W. Schmidt – 1926), de L. Rabcewicz, L. Müller és F. Pacher munkássága és érdemei, amit a NÖT területén végeztek és kiérdemeltek, ezáltal nem csökkenek. A kızetmechanika területén szerzet új ismeretek és a biztosító elemek területén elért fejlıdés révén egy új mozgalom bontakozott ki, ami az alagútépítésnek nagyon jót tett.
NÖT mai értelmezése • Lövelltbeton, amely biztosítja a hézagnélküli kapcsolatot a kızettel/talajjal. nem csak, mint önálló teherhordó szerkezetként mőködik, hanem a kızetfelületet is bevonja. a "beton-kızet" mint öszvérszerkezet funkcionál, ahol a jelentıs terhet a kızet viseli.
• Horgony, amely a beton-kızet közötti kapcsolat a horgony révén tovább javul. a kızet tagoltságából, repedezettségébıl eredı inhomogenitást csökkenti. az öszvérszerkezet által alkotott teherhordógyőrő kiszélesíthetı a kızetben. a fejtésbıl (robbantásos) eredı fellazulások részben semlegesíthetık.
• Acél-, rácsostartó, amely fejfeletti védelem a beépítése után. azonnal képes terhet viselni a lövelltbeton felhordása után. a lövelltbeton győrő irányú vasalását adja. megkönnyíti a geometriai és méréstechnikai követelmények kielégítéséhez.
Legújabb osztrák alagútépítési eljárás Ez alatt az elnevezésen a NÖT tovább fejlesztését kell érteni, ahol a bányászatban használatos kontrolált deformációt felvenni képes biztosítási elemet vették át. Ez a megoldás lehetıvé teszi, hogy az addig átlagosan 50 cm kızetdeformáció mellett akár 120 cm-es deformációkat is kezelni tudják.
NÖT • viszonylag lassú fejtési sebességhez egy vékony, hajlékony héj rendelhetı. • a részszelvény mérete erısen függ az alkalmazott ideiglenes biztosítási elemektıl. • szakképzet építık és a mérési eredmények állandó kiértékelése szükséges. • bárminemő zavar esetén a rizikó nagy • a lövelltbeton homogenitását és minıségét biztosítani kell. • építési szünetek negatív hatással vannak. • gyors győrőzárás idı és rövid győrőzárási távolság növeli a biztonsági szintet
NÖT
Fenner-Pacher jelleggörbék különbözı kızettípusokra I: szilárd kızet II: mállott, töredezett kızet III/1: nyomás alatti kızet III/2: szilárd, majd fellazult kızet
Építési módszerek a kızet-minıség függvényében
Deformációs-fuga a lıttbetonnál
NÖT
NÖT
Keresztmetszet kialakítással kapcsolatos megfontolások • szilárd kızet: a szelvény szabadon alakítható, függıleges oldalfal, fıte akár síkfelülető ha a tagoltság csekély (zavartalan gránittömb, mészkıtömbben) biztosítás nem szükséges, vagy csak csekély, lokális biztosítás. • a majdnem szilárd, de tagolt kızet: keresztmetszetek gyenge, vékony biztosítással, vagy csak rendszer-horgonyzás. A kızetfelületet követı vékony lövelltbeton bevonat, látszó horgonyfej kialakítással. • önmagában szilárd, de pergı kızet: általában csak a kalottot biztosítják horgonnyal, és hálóval. • önmagában szilárd, de nagytól az óriás blokkal tagolt kızet: a tagoltsági távolság kétszeresénél kisebb alagutaknál, a blokkokat megfogó rendszer-horgonyzással biztosítható. Nagyobb nyílású alagutaknál a falazatot átlyukaszthatja, így azt nyírásra vasalni kell.
• töredezett, közepesen állékony kızet: a kalott köríves kialakítása, vízszintes talppal, körkörös biztosítással, esetleges megmaradandó horgonyzással. • deformálódó, ill. erısen deformálódó kızet: függetlenül attól, hogy a deformációra való hajlam a magas primer feszültségekbıl, vagy a kızet alacsony szilárdságából ered, a keresztmetszet alakja a lehetı legjobban közelítsen a körszelvényhez, habár a talp része az laposabb is lehet (békaszáj profil). Az elsıdleges falazat erısebb kivitelben készül, anélkül, hogy a hajlékony, rugalmas biztosítási elem alkalmazásának elvét feladnánk. Horgonyzás alkalmazásával kialakíthatjuk a kızet és a falazat együttdolgozását, a kızetben a teherhordó győrőt. Az talpboltozatot is meg kell építeni és gyors győrőzárást kell elıirányozni • egyoldalú hegynyomás: hegyoldalakban lévı alagút, ahol kúszásból eredı nyomások vannak. Aszimmetrikus falazat, amely a völgyoldalon kell megerısíteni, alapszélesítés.
• oldaltámasztás nélküli kızet: meredek tájolású tagoltságnál, vagy magas plaszticitású kızetnél, ahol a kızet ágyazási ellenállása kicsi. Ebben az esetben a kalott, illetve a mag fejtésénél negatív konvergencia lép fel, vagyis kalott-láb, illetve oldalfal kifelé mozdul. Az utolsó két esetben erıs talpboltozatot kell készíteni. • kızet erıs oldalnyomással: erıs, vastag talpboltív szükséges. • plasztikus kızet: erıs talpboltozat, körszelvényő keresztmetszet. • duzzadó kızet: erıs, vastag, leterhelı talpboltozat, vagy biztosítás kiépítés két lépésben, ahol az elsı lépésben olyan biztosítás készül, amely nagy alakváltozásokat képes felvenni, majd miután a kızet alakváltozása lecsenget elkészül a végleges falazat. Továbbá olyan kétrétegő falazat, ahol a két réteg között holtterek vannak, amik a kızet duzzadásából eredı alakváltozásokat fel tudja venni.
Minimális keresztmetszet méret: 5m2, kivéve a csısajtolást. (gépek és személyzet helyigénye miatt. Maximális keresztmetszeti méret: építéstechnológiailag nincs lehatárolva, nagyobb keresztmetszetek részkeresztmetszetekkel fejthetı ki.
Teljes keresztmeszet fejtése marófejjel (Channel-tunnel, Castle Hill)
Keresztmeszet vízszintes osztása kızetben
Keresztmeszet vízszintes osztása kızetben
Keresztmeszet vízszintes osztása laza kızetben
Keresztmeszet vízszintes osztása laza kızetben
Keresztmeszet vízszintes osztása fıtegerendával kızetben
Keresztmeszet vízszintes osztása laza kızetben
Keresztmeszet vízszintes osztása laza kızetben
Keresztmeszet függıleges osztása laza kızetben
Keresztmeszet oldaltárós osztása laza kızetben
Keresztmeszet oldaltárós osztása laza kızetben
Keresztmeszet oldaltárós osztása laza kızetben
Keresztmeszet oldaltárós osztása laza kızetben
Nagy keresztmeszet osztása kızetben
Többvágatos egymásba metszı vágatos fejtés
