České vysoké učení technické v Praze Fakulta stavební Studentská vědecká a odborná činnost Akademický rok 2014/2015
Tunely prováděné metodou COVER & CUT (Metoda želva) Tunnels constructed by COVER & CUT method (Method of vault structure)
Jméno a příjmení studenta, ročník, obor: Bc. Jan Faltýnek, 5. roč., KD Vedoucí práce:
prof. Ing. Jiří Barták, DrSc.
Katedra:
Katedra geotechniky (K135)
Obsah 1 Čtvrtá dimenze ....................................................................................................... 4 2 Rozdělení podzemních staveb ............................................................................... 5 3 Metoda COVER & CUT .......................................................................................... 6 3.1 Metoda želva .................................................................................................. 6 4 Praktická aplikace................................................................................................... 7 4.1 Geomorfologické a geologické poměry západního portálu ............................. 8 4.2 Způsob zajištění stavební jámy a postup výstavby ......................................... 9 4.3 Výpočetní model ........................................................................................... 10 4.3.1 Tvorba konstrukcí .............................................................................. 10 4.3.2 Vytvoření sítě a podepření ................................................................. 12 4.3.3 Definice fází výstavby ........................................................................ 12 4.4 Výsledky výpočtu .......................................................................................... 13 4.4.1 Stabilita svahu.................................................................................... 13 4.4.2 Pilotová stěna .................................................................................... 13 4.4.3 Horninové kotvy ................................................................................. 15 4.4.4 Konstrukce želvy ................................................................................ 16 5 Závěrečné shrnutí................................................................................................. 19
2
Abstrakt Dříve než se tato práce začne podrobně věnovat návrhu klenbové konstrukce (želvy) a s ní souvisejícím konstrukcím, považuji za důležité představit základní rozdělení podzemních staveb podle principu jejich výstavby. Další část práce se zabývá tunely budovanými metodou COVER & CUT z teoretického hlediska. Také jsou zde sumarizovány informace k jednotlivým způsobům výstavby. Tyto dvě předchozí kapitoly jsou více méně rešeršní a jejich cílem bylo především prohloubit si v této problematice své znalosti. V závěrečné části této práce bude kladen důraz na praktickou aplikaci získaných poznatků v modelování konstrukce želvy a souvisejících konstrukcí, která byla vybudována na západním portále tunelu Považský Chlmec na Slovensku u města Žilina. Klíčová slova: tunel, rozdělení podzemních staveb, metoda COVER & CUT, metoda želva, pilota, horninová kotva, MKP, PLAXIS, phi/c redukce, Považský Chlmec
Abstract Before this work will deal with vault structure in detail and the associated structures, I consider it important to present the basic division of underground structures by the principle of their construction. Another part deals with COVER & CUT tunnels from a theoretical point of view. There are also summarized information about the various methods of construction. The two previous chapters are more or less the search and their aim was to deepen in knowledge of this issue. In the final part of this work I will focus on the practical application of this knowledge in modelling vault structures and related structures, which was built on the west portal of the tunnel Považský Chlmec in the Slovak Republic near the city of Žilina. Key words: Tunnel, underground construction division, COVER & CUT method, method of vault structure, pile, rock anchor, MKP, PLAXIS, phi/c reduction, Považský Chlmec
3
1
Čtvrtá dimenze
Podzemní prostory sloužily lidem již od pradávna. Počínaje využíváním přírodních podzemních prostor (jeskyní), přes jejich zvelebování a zabezpečování, po budování umělých podzemních objektů pro rozličné účely (obranné, zavodňovací, komunikační, těžební, náboženské). Hlavním impulsem ke stavbě podzemních děl (převážně tunelů) bylo budování železniční sítě v 19. století, výstavba drah metra v metropolích světových velmocí, rozvoj automobilové dopravy ve 20. století a v současné době propojení hlavních komunikačních směrů jednotlivých oblastí pomocí vysokorychlostních železničních tratí. Volného prostoru na povrchu, především velkoměst, ale rapidně ubývá. Nezastavěná krajina a čistá příroda se stávají čím dál tím vzácnější. Nastává otázka, kam umístit bleskově rostoucí infrastrukturu. Jedinou alternativou okrajů měst a příměstských oblastí (kde je ale vhodnější stavět obytnou zástavbu) je podzemí neboli tzv. čtvrtá dimenze. Soustředění obyvatelstva k okrajům velkoměst s sebou nese i zvýšené požadavky na zajištění jejich přepravy k místu zaměstnání (městskou hromadnou či individuální dopravou), což přináší další nároky na území. V této chvíli je nutno říci že i podzemního prostoru také neustále ubývá. Ve velkoměstech není výjimkou i více úrovní podzemních staveb (pro zajímavost v Paříži je v některých místech i 7 podzemních podlaží). Mluví se zde o tzv. Terratektuře. Racionálním řešením využití podzemního prostoru se v současné době zabývá tzv. podzemní urbanismus. Hlavní důvody pro výstavbu podzemních staveb tedy jsou: Vyrovnání se s ne moc příznivou morfologií území při trasování. Úspora prostoru na povrchu. Přesun určitých objektů a infrastruktury do podzemí a možné zvětšení zelených ploch a parků ve městech. Překonávání vodních překážek. Ekologické aspekty. Pokles zátěže životního prostředí od povrchové dopravy, umístění nebezpečného radioaktivního materiálu do podzemí, podzemní čistírny odpadních vod. Stabilní podmínky v podzemí. Řada provozů může využít příznivý vliv konstantních teplotněvlhkostních, prachových a větrných podmínek v podzemních stavbách. Dalším důležitým aspektem je, že zde nehrozí nebezpečí sesuvů, lavin, řícení apod. Obr. 1.: Čtvrtá dimenze prostoru velkoměst Při tvorbě této kapitoly byly použity následující zdroje: [1], [3].
4
2
Rozdělení podzemních staveb
Tato práce se bude zabývat jednou netradiční metodou výstavby podzemních staveb (především těch liniových – tunelů), metodou želva. V úvodu je nutné si ji náležitě zařadit mezi ty nejznámější.
Obr. 2.: Rozdělení podzemních staveb podle způsobu provádění Při tvorbě této kapitoly byly použity následující zdroje: [1], [2], [3]. 5
3
Metoda COVER & CUT
V rámci podzemních staveb se lze spíše setkat s názvy: metoda ražby pod zastropením, metoda s čelním odtěžováním pod ochranou stropní desky. Jak již z názvu vypovídá, jedná se o metodu kombinovanou (hybridní). V některé literatuře se lze také setkat i s názvem metoda Top and Down. Původně byl tento způsob výstavby vyvinut pro městské podzemní dráhy. Principem je v první fázi výkop mělké stavební jámy, kde dojde k vybudování stropní konstrukce a často svislých konstrukčních prvků obvykle ve formě podzemních stěn. Poté mohou současně probíhat práce jak na horní tak i na spodní stavbě, což přináší značné časové úspory. Díky tomu je tato metoda hojně používaná v husté městské zástavbě, kde může být na povrchu v co nejkratší době obnoven původní nebo alespoň v určité míře redukovaný dopravní režim. S metodou Top and Down se lze setkat i v konstrukcích pozemních staveb, kde se s oblibou využívá souběhu prací. Výhody metody COVER & CUT jsou: Rychlost obnovení běžného provozu na povrchu Snížení záboru a objemu zemních prací z důvodu „mělčí“ stavební jámy Jedná se o jednu z levnějších metod Možnost použití stejných technologických postupů a zařízení jako v raženém úseku + Omezení klimatických vlivů na výstavbu pod ochranou stropní konstrukce + Snížení emisí prachu a hluku na okolní zástavbu + + + +
Mezi nevýhody patří především: -
Nutnost větrání a osvětlení při fázi ražby (oproti hloubeným tunelům) Náročný výpočetní model (mnoho nejistot a složitá interakce celého systému) Narušení přirozeného rázu povrchu (ekologický aspekt)
3.1
Metoda želva
Postup výstavby pomocí této metody je velice podobný Milánské metodě. Nejdříve je otevřen výkop na úroveň patek klenby. Zásadním rozdílem je ale tvar nosné stropní konstrukce, který je v tomto případě klenbový (připomínající krunýř skutečné želvy) a betonuje se rovnou na vytvarovaný terén opatřený podkladním betonem nebo na nízké skruži. Dalším podstatným rozdílem je, že při metodě želva není třeba budovat žádné podzemní stěny. Konstrukce želvy se po vytvrdnutí betonu zasype, provádí se úprava povrchu a současně mohou pokračovat práce na čelním odtěžování tunelu. Výhodné je zde ze statického hlediska klenbové působení želvy a zároveň možnost zachovat příčný řez tunelu stejný jako v ražené části objektu (lze použít stejný bednící vůz, což přináší velké časové úspory). V kvalitním horninovém masivu může konstrukce želvy spočívat přímo na upraveném terénu. V horších podmínkách se pata želvy podchycuje sloupy z tryskové injektáže, mikropilotami, nebo je želva zavěšena do podzemní stěny, které slouží zároveň jako pažení stavební jámy.
6
Obr. 3.: Realizovaná konstrukce želvy (Sudoměřický tunel) [6] Při tvorbě této kapitoly byly použity následující zdroje: [1], [2], [3], [5].
4
Praktická aplikace
Předmětem praktické části této práce bude návrh a výpočet hloubení a zajištění stavební jámy západního portálu tunelu Povážský Chlmec. Jedná se o tunel budovaný severně od města Žilina na Slovensku v rámci výstavby dálnice D3 Žilina (Strážov) – Žilina (Brodno). Hlavním projektantem tohoto tunelu je společnost IKP Engineers Group, s.r.o., zhotovitelem firma HOCHTIEF CZ, a.s. a investorem Národná diaľničná spoločnosť, a.s. Na západní portál v bezprostřední blízkosti navazuje estakáda přes vodní nádrž Hričov.
Obr. 4.: Kompletní situace řešeného úseku dálnice D3 [6] Kromě posouzení výkopu stavební jámy je součástí práce i návrh primárního zajištění pomocí metody želva kombinované se stěnou z velkoprůměrových pilot, která v důsledku sníží objem zemních prací, velikost území dotčeného stavbou, počet kotevních prvků a umožní ražbu pod ochranou želvy a velkoprůměrových pilot ve stejném příčném řezu jako je navrhnut v ražené části tunelu. To přináší výhodu z hlediska vnitřního vzhledu tunelu. Další výhodou je také větší bezpečnost, jak snížením rizika ztráty stability svahované jámy a bezpečnou ražbou pod konstrukcí želvy, tak se díky stejnému příčnému profilu zvýší bezpečnost provozu v tunelu.
7
4.1
Geomorfologické a geologické poměry
Na základě regionálního geomorfologického členění Slovenska se řešené území nachází v oblasti Slovensko-moravských Karpat v celku Javorníky. Trasa tunelu Považský Chlmec začíná v pravém svahu údolí řeky Váh mezi obcemi Považský Chlmec a Divinka.
Obr. 5.: Geomorfologická stavba řešeného území [4] Celá oblast má flyšový charakter. Základními komplexy jsou zde pískovce a jílovce v kombinaci se slepenci různého stupně zvětrání a tektonického porušení. Dále pak také slíny, slínovce a jílovité vápence. Zářez se bude v horních partiích realizovat v jemnozrnných zeminách s možností výskytu úlomků a sutí. Ty s narůstající hloubku přejdou do štěrkovitojílovitých zemin terasového stupně s možným výskytem jílovitých a štěrkových stupňů. Dolní část stavební jámy bude hloubena v zóně různě zvětralého flyšového souvrství.
Obr. 6.: Zjednodušený geologický řez v KM 0,544 50 Při tvorbě této kapitoly byly použity následující zdroje: [6]. 8
4.2
Způsob zajištění stavební jámy a postup výstavby
Na následujícím obrázku je představen celý technologický postup zajištění stavební jámy spolu s výstavou konstrukce želvy, tak jak bude realizovaný na řešeném portále. Těmto fázím odpovídají také fáze výpočtového modelu.
Obr. 7.: Etapy výstavby Zásyp byl proveden až po čelním odtěžení tunelu z důvodu nutnosti splnit milník pro začátek těžby pod konstrukcí želvy a finančním sankcím jeho nesplnění.
9
4.3
Výpočetní model
V této kapitole bude představena tvorba výpočetního modelu pomocí metody konečných prvků. Ten byl zvolen jako plošný (2D). Jednotlivá rozhraní horninového prostředí byla nadefinována podle IG vrtů společnosti ARCADIS (viz kapitola 4.1). S předchozím krokem souvisí definování parametrů všech zastižených hornin a volba správného materiálového modelu. Pro veškeré zemní materiály byl zvolen pružnoplastický model s Mohr-Coulombovou podmínkou plasticity. Tab. 1.: Tabulka materiálových parametrů zastižených hornin j´ref
1 2 3
γunsat γsat Mat. Intermodel face [kN/m3] [kN/m3] F6, F4 MC 0,75 20,0 21,0 G3, G5, S5 MC 0,75 19,0 20,0 R6, R5, R4 MC 0,7 21,0 21,5
[kPa] [-] [kPa] 4000 0,35 10,0 90000 0,25 3,0 6000 0,35 12,0
[°] 23,0 31,0 18,0
Pískovce, jílovce, prachovce středně zvětralé
4
R5, R4, R3
MC
0,75
23,0
23,5
80000 0,35 50,0
26,0
Pískovce, jílovce, prachovce slabě zvětralé
5
R4, R3, R2
MC
0,75
23,0
23,5
140000 0,28 80,0
30,0
Zásyp
6
MC
0,75
19,0
20,0
90000 0,25
31,0
Název materiálu:
Barevné označení:
Deluviální jíl Terasový komplex Pískovce, jílovce, prachovce silně zvětralé
4.3.1
Klas.:
E´
ν´
c´ref
3,0
Tvorba konstrukcí
Jak bylo vidět na obrázcích výše tunel je rozdělen na dvě tunelové trouby a nad každou troubou je jedna konstrukce želvy. Jelikož budou ale obě želvy z technologického hlediska prováděny naprosto stejně, budou i jejich dimenze totožné (rozměry, stupeň vyztužení, poloha výztuže, použitý beton atd.). Není tím pádem pro základní model nutné počítat obě konstrukce najednou, ale pouze jednu, tu s nepříznivějším předpokládaným působením. Stejně tak je úvodních fázích výpočtu vhodné rozdělit model na polovinu a předpokládat symetrickou konstrukci. Velice důležité je vytvořit správně velkou řešenou oblast, která by měla být právě tak široká, aby okrajové podmínky neovlivňovaly výpočet v zájmové oblasti. Pokud by byla udělána řešená oblast jako zbytečně rozsáhlá, vedlo by to naopak k prodloužení doby výpočtu. Hloubka řešené oblasti se musí zvolit tak velká, aby nebyly piloty ovlivněny blízkostí okrajových podmínek. V tomto případě by byly výsledky značně zkreslené. Později se přechází k určení rozměrů průřezů nosných prvků. Obecně všechny 2D metody uvažují konstrukci na jeden běžný metr, proto bylo nutné pro pilotovou stěnu rozměry průřezu, modul pružnosti a objemovou tíhu sjednotit tak, aby se náhradní průřez choval stejně jako tato stěna. Jelikož je konstrukce želvy v podélném směru spojitá, není zde nutné provádět obdobný výpočet jako s pilotovou stěnou a mohou se vzít její skutečné rozměry, objemová tíha a modul pružnosti. Dalším typem konstrukce, který je třeba definovat, jsou podpůrné nohy ze stříkaného betonu.
10
Tab. 2.: Parametry jednotlivých konstrukčních prvků Pilotová stěna:
Želva:
Třída betonu: Průměr piloty: Vzdálenost pilot: Modul pružnosti piloty:
D z Eb
Objemová tíha betonu:
γ
Plocha jedné piloty: Moment setrvačnosti piloty: Normálová tuhost piloty:
Třída betonu:
C20/25 0,8 m 1,0 m 30000,0 MPa 25,0 kN/m3
Ab
0,503 m2
Ib
4
EbAb
0,020 m
603,186 MNm2
Počet pilot v běžném metru: Normálová tuhost n pilot na bm: Ohybová tuhost n pilot na bm: Tíha n pilot v běžném metru:
n EA EI f
1,0 15079,645 MN 603,186 MNm2 12,566 kN/m
Materiálový model: Poissonovo číslo: Náhradní modul pružnosti: Náhradní objemová tíha: Šířka náhradního průřezu:
v E* γ* h
elastický 0,12 21765,592 MPa 18,138 kN/m3 0,693 m
Materiálový model Poissonovo číslo Modul pružnosti želvy
v Eb
Objemová tíha betonu
y
elastický 0,12 32000 MPa 25,0 kN/m3
Stříkaný beton:
15079,645 MN
EbIb
Ohybová tuhost piloty:
C30/37
Třída betonu:
C20/25
Materiálový model Poissonovo číslo v Modul pružnosti stříkaného betonu Eb Objemová tíha betonu
y
elastický 0,12 30000 MPa 25,0 kN/m3
Dále se do výpočtu zadávají veškeré prvky zajišťující spolupůsobení mezi konstrukcí a zemním prostředím prostřednictvím prvku Interface. Pro tento případ byla z obecných zvyklostí použita hodnota 0,7. Jednotková hodnota znamená, že je Interface tuhý a model se chová, jako by tam vůbec nebyl. Táhla kotev se zadávají prostřednictvím prvku node-to-node anchor se zadanou normálovou tuhostí. Obvykle se zde uvažuje s pružným působením táhel. Kořeny kotev se definují pomocí prvku geogrid se zadanou normálovou tuhostí. Často se volí pružné chování kořene kotvy. Tab. 3.: Parametry horninových kotev Kotva: Počet pramenců: Plocha jednoho pramence:
n Ap
4,0 0,000 m2
Plocha táhla korvy:
At
0,001 m2
Modul pružnosti táhla kotvy:
Et
200000000 kPa
Normálová tuhost táhla kotvy:
EtAt 120000,000 KN/kotva
Vzdálenost kotev: Normálová tuhost na bm:
l 2,0 m EtAt 240000,000 kN
Průměr kořene: Plocha kořene kotvy:
d Ai
Modul pružnosti injekční směsi:
Ei
Normálová tuhost kořene kotvy: Předpínací síla:
0,250 m 0,049 m2 30000000 kPa
EiAi 1472621,556 kN/kotva F
200,0 kN/m
11
Obr. 8.: Schéma výpočetního modelu
4.3.2
Vytvoření sítě a podepření
Třetím krokem po zadání zemního horizontu a nadefinování výpočtových dat je tvorba sítě. Je dobré vždy síť zhušťovat v místech zájmu, tzn. tam, kde se předpokládá, že dojde k poruše nebo tam, kde je potřeba znát přesnější výsledky. V tomto případě je síť zahuštěna v oblastech kolem pilotové stěny a jejího zajištění, kolem konstrukce želvy a stříkaného betonu. V okolí hranic řešené oblasti naopak hustá síť potřeba není. Vytvořený model je nutné náležitě podepřít. Program PLAXIS 2D automaticky vygeneruje na okrajích řešené oblasti standartní okrajové podmínky (standart fixities).
4.3.3
Definice fází výstavby
Jednotlivé fáze výstavby odpovídají etapám znázorněným v kapitole 4.2. Ve fázi původní napjatosti je použito Gravity loading, zbylé jsou počítány pružnoplasticky. V každé fázi dojde k deaktivaci příslušných oblastí zemin odpovídající provedení výkopu, nebo naopak aktivaci některého konstrukčního prvku. V souladu s postupem výstavby jsou také zapínány a vypínány kontaktní prvky.
12
4.4
Výsledky výpočtu
4.4.1
Stabilita svahu
Jako první je nutné zkontrolovat stabilitu svahu po provedení prvního odkopu na úroveň vrtání pilotové stěny. K tomuto účelu byla v programu PLAXIS sestavena nová výpočtová fáze počítaná jako mód Safety. Program používá k určení kritické smykové plochy phi/c redukci.
Obr. 9.: Znázorněná smyková plocha vypočtená pomocí MKP Pro daný svah byla obdržena hodnota stupně stability ΣMsf = 1,596. Je velice snadné se přesvědčit o správnosti výsledku porovnáním s analytickými metodami. V programu GEO 5.19 (Stabilita svahu) byla namodelována naprosto totožná oblast se stejnými geotechnickými parametry a počítán stupeň bezpečnosti. Tvar optimalizované kruhové smykové plochy je znázorněn na obrázku níže a byl vypočten Bishopovou metodou. Stupně bezpečnosti podle dalších analytických metod byly stanoveny právě pro tuto smykovou plochu.
Obr. 10.: Kritická smyková plocha vypočtené Bishopovou metodou Na závěr číselné porovnání: FS (Bishop) = 1,64; FS (Petterson) = 1,56; FS (Spencer) = 1,63; FS (Janbu) = 1,64; FS (Morgenstern-Price) = 1,64 Porovnáním těchto číselných hodnot s výpočtem pomocí MKP není patrný téměř žádný rozdíl. Tím je prokázáno, že je svah stabilní.
13
4.4.2
Pilotová stěna
Z důvodu snazší interpretace výsledků byl do střednice pilotové stěny vložen nehmotný prut. Jeho tuhost odpovídá tuhosti pilotové stěny vydělené 106. Tento čin má za následek, že se model teoreticky chová tak, jako kdyby tam tento prut vůbec nebyl. Výhodou je, že prut reflektuje skutečné deformace střednice, které mají za následek vznik vnitřních sil 106 krát menších, než jsou skutečně v pilotové stěně. Tab. 4.: Referenční prut ke stanovení vnitřních sil Referenční materiál - PILOTA Třída betonu:
C20/25
Výška nosníku Šířka nosníku
h b
0,693 m 1,0 m
Plocha průřezu
A
0,693 m2
Modul pružnosti
I
0,028 m4
Materiálový model Poissonovo číslo Modul pružnosti Referenční modul pružnosti Normálová tuhost Ohybová tuhost Tíha nosníku
elastický v 0,12 Eb 3,00E+04 MPa E* 3,00E+01 kPa E*A E*I
20,785 kN 0,831 kNm2
w 1,00E-06 kN/m/m
Pokud by se upustilo od tohoto řešení, bylo by nutné vnitřní síly získat integrací napětí v jednotlivých řezech pilotové stěny, což je velice pracné. K ověření chování vloženého prutu, byl sestaven jednoduchý pokus, jehož výsledky potvrdily možnost použít metodu referenčního prutu. Jedná se o jednoduchý model betonové desky tloušťky 0,2 m dlouhé 10,0 m vetknuté do velice tuhého prostředí, na kterou působí spojité zatížení 50,0 kN/m. Rozdíly oproti analytickému řešení byly zanedbatelné v řádu několika procent.
Obr. 11.: Deformovaná síť od spojitého zatížení
14
Nyní již k samotným výsledkům. Na obrázku níže je vykreslena obálka vnitřních sil ze všech deseti zatěžovacích stavů, jejímž prostřednictvím by byla navrhnuta výztuž jednotlivých pilot.
Obr. 12.: Obálka vnitřních sil pilotové stěny (N, V, M) Skutečné hodnoty extrémních vnitřních sil jsou následující: N = 11470 kN; V = 619,1 kN; M = 700,1 kNm Na tyto hodnoty extrémních vnitřních sil je možné pilotovou stěnu bezpečně vyztužit.
4.4.3
Horninové kotvy
Pro posouzení únosnosti horninové kotvy je rozhodující vývoj sil působících v táhle kotvy. Maximální síla, na kterou je třeba kotvu posoudit je: Fmax = 438,3 kN Opět je na tuto sílu možno čtyřpramencovou kotvu navrhnout.
15
4.4.4
Konstrukce želvy
Stanovení velikosti namáhání konstrukce želvy je velice složité vzhledem k jejímu tvaru a velikosti (výšce) styčníku s pilotovou stěnou. Metoda referenčního prutu je použitelná pouze na té části konstrukce, kde je přibližně konstantní příčný řez. Postup stanovení náhradních prutů je obdobný jako u pilotové stěny, jen je nutno konstrukci želvy rozdělit na určité úseky a stanovit průměrnou tloušťku daného úseku k výpočtu jeho ohybové tuhosti.
Obr. 13.: Obálka ohybových momentů na konstrukci želvy Skutečná hodnota maximálního ohybového momentu je: Mmax = 341,8 kNm To je opět bezpečně dimenzovatelná hodnota vnitřní síly. Vykreslení průběhů normálové a posouvající síly neodpovídá tvarem moc skutečnému rozdělení vnitřních sil, protože je v reálu hladká střednice nahrazena polygonálním úsekem a na krajích náhradních prutů klesá normálová síla a naopak roste síla posouvající. Z tohoto důvodu by se pro jejich stanovení přistoupilo na integraci napětí po průřezu. Místo napojení želvy na pilotovou stěnu je potřeba zkoumat v poli napětí a stanovit tak jeho správné vyztužení. Na obrázcích níže jsou vykresleny „elipsy“ hlavních napětí pro jednotlivé etapy budování želvy. V této chvíli nemá důvod zabývat se velikostí hlavních napětí v každé fázi výstavby. Pro sledované místo by bylo nutné udělat řez a na něm vyhodnocovat velikosti působících vnitřních sil. Aby měl čtenář přehled, která napětí jsou tahová a která tlaková, je níže uvedená barevná škála použitá programem ke znázornění orientace hlavních napětí.:
TLAK
TAH 16
Etapa 6 – zabudování konstrukce želvy V této fázi výstavby jsou hlavní napětí způsobena vlastní vahou konstrukce želvy, která spočívá na upraveném terénu a zatím nepatrnou interakcí s pilotovou stěnou.
Obr. 14.: Etapa 6
Etapa 7,8 – provedení odkopu pod konstrukcí želvy Na průběhu hlavních napětí je vidět, že jsou tažená horní vlákna želvy, protože dochází k deformaci pilotové stěny směrem do stavební jámy a paty želvy jsou stlačovány k sobě. Zároveň želva působí jako další kotevní úroveň a přebírá část zatížení pilotové stěny.
Obr. 15.: Etapa 8
17
Etapa 9 – provedení opěrných noh ze stříkaného betonu V této etapě došlo pouze k provedení podpůrných noh ze stříkaného betonu. Jak je vidět na průběhu hlavních napětí, velké zatížení ještě nepřenášejí a konstrukce želvy je neustále více méně rozepřená do pilotové stěny.
Obr. 16.: Etapa 9
Etapa 10 – provedení zásypu Po provedení zásypu se projeví klenbový účinek celého systému, nohy ze stříkaného betonu začnou přenášet zatížení a sníží se namáhání jak pilotové stěny, tak konstrukce želvy.
Obr. 17.: Etapa 10
18
5
Závěrečné shrnutí
Jak je vidět z výsledků výše, potvrdila se realizovatelnost konstrukce želvy v zadaném geologickém prostředí s daným konstrukčním uspořádáním. Cílem bylo pokusit se konstrukci namodelovat v programu PLAXIS a stanovit dimenzační veličiny pro detailní návrh celé konstrukce. Tato konstrukce je v současné době v etapě výstavby 8. Od původního statického návrhu se velikosti namáhání trochu liší, ale konstrukce je stále na straně bezpečné. Touto tématikou se budu nadále zabývat ve své diplomové práci. Na závěr pár fotografií z výstavby:
Obr. 18.: 6. etapa výstavby [6]
Obr. 19.: 8. etapa výstavby [6] 19
Literatura [1] Barták, J.; Pruška, J. Podzemní stavby; Vydavatelství ČVUT: Praha, 2012. [2] Nekl, J. Mělké podzemní stavby – možnosti a aplikace. Studentská vědecká odborná činnost, Vysoké učení technické v Brně, 2009/2010. [3] Horák, V. Podzemní stavby; Vysoké učení technické v Brně: MODUL BF06-M02, 2007. [4] Štátny geologický ústav Dionýza Štúra (ŠGÚDŠ) - Geologická mapa Slovenska M 1:50 000. http://mapserver.geology.sk/gm50js/ (accessed April 12, 2015). [5] Vrána, T. METODY REALIZACE KONSTRUKCÍ MĚLKÝCH PODZEMNÍCH STAVEB. Bakalářské práce, Vysoké učení technické v Brně, 2013. [6] Materiály ze společnosti IKP Engineers Group, s.r.o. (Ing. Libor Mařík)
Poděkování: Na tomto místě bych rád poděkoval především těmto lidem, kteří mi s prací pomáhali: - Prof. Ing. Jiřímu Bartákovi, DrSc., za vedení práce, za vhodné teoretické připomínky a poskytnuté materiály z oblasti geotechniky - Doc. Dr. Ing Janu Pruškovi, za pomoc s tvorbou numerického modelu a vysvětlení spousty zajímavých detailů ohledně MKP - Ing. Jiřímu Hořejšímu, za přínosné konzultace a kontrolu numerického modelu - Ing Liboru Maříkovi, za poskytnuté materiály k západnímu portálu tunelu Považský Chlmec a trpělivost
20
