Havárie tunelu Jablunkov z pohledu vlivu změn vlastností horninového prostředí Seminář tunelářské odpoledne 24.11.2010
Prof. Ing. Josef Aldorf DrSc., Ing. Lukáš Ďuriš VŠB-TUO, fakulta stavební
ÚVOD • REKONSTRUKCE JEDNOKOLEJNÉHO TUNELU Z ROKU 1917 • TUNEL BYL VYRAŽEN ANGLICKOU MODIFIKOVANOU METODOU • OSTĚNÍ BYLO Z KAMENE Z MÍSTNÍHO LOMU • VÝŠKA NADLOŽÍ OD 8 DO 24 m • DÉLKA TUNELU JE 576 m • ROZŠÍŘENÍ STARÉHO TUNELU NA DVOUKOLEJNÝ TUNEL • PLOCHA VÝRUBU JE 91m2 • RAŽBA DLE ZÁSAD NRTM
III. ŽELEZNIČNÍ KORIDOR
(1917)
(Tunel Kalchberg 1870)
NÁVRH REKONSTRUKCE TUNELU JABLUNKOV
V roce1939 byla v obou tunelech odpálena nálož, což způsobilo zával s prolomením nadloží (dosahuje až 24 m) a propad státní silnice, vedené nad tunelem. Tato destrukce byla již v roce 1940 opravena zásypem kráteru v nadloží a opravením ostění. V pozdějších letech došlo také k přestavbě některých tunelových pasů – poslední rekonstrukce v roce 1999 (u některých byla dodatečně zřízena spodní klenba).
Dále byly prováděny injektáže ostění (i za rub ostění), odvodňovací vrty a rovněž nové vyspárování zdiva. Mezi některými pasy byly zřízeny svodnice pro odvodnění líce ostění. V roce 1971 byl v tunelu zřízen železniční svršek ze zabetonovaných pražců. Ten se však neosvědčil, a proto byl v roce 1987 nahrazen klasickou konstrukcí z dřevěných pražců ve štěrkovém loži. Problémem však zůstával průjezdný profil tunelů, který byl pro provoz s elektrickou trakcí nevyhovující (traťová rychlost v daném úseku – 80 km/hod.). Nutno rovněž dodat, že okolní masiv přestrojovaného tubusu je původní historickou ražbou, kdy při inženýrsko-geologických dokumentacích čeleb byly nezřídka zaznamenávány historické nadvýlomy rozličných objemů,značně narušen.
Konečné řešení nového návrhu bylo nakonec odsouhlaseno jako přestavba tunelu č. II na tunel dvoukolejný, přičemž část tunelu č. I by měla sloužit jako úniková štola v případě mimořádných událostí. Na rekonstrukci se podílejí firmy METROPROJEKT, SUBTERRA,FIRESTA,OHL ŽS a EIFFAGE (bývalý TCHAS). Nový dvoukolejný tunel délky 612 m je směrován přímo, jeho maximální stoupání k vrcholu nepřesáhne sklon 2‰, spodní klenba je po celé délce a je navržena rovněž uzavřená mezilehlá hydroizolace.
POSTUP RAŽBY NOVÉHO TUNELU JABLUNKOV
První havarie Jablunkov 2008
UPRAVENÝ POSTUP RAŽBY NOVÉHO TUNELU JABLUNKOV
Druhá havarie v tunelu 04/2009- nestabilita čelby
• 15.11.2009 MIMOŘÁDNÁ UDÁLOST • ZAVALENÍ 96m DÍLA • K ZAVALENÍ DOŠLO PŘI RAŽENÍ JÁDRA A PROTIKLENBY • BYLA ODSTRAŇOVÁNA PROTIKLENBA KALOTY • BYLY DODRŽENY VŠECHNY ZÁSADY PRO RAŽBU A VYZTUŽOVÁNÍ-neudělána žádná technologická chyba • PRIMÁRNÍ OSTĚNÍ BYLO PORUŠENO V LEVÉ ČÁSTI OPĚRY • ČELO ZÁVALU A TUNEL BYL ZAJIŠTĚN BETONOVOU STĚNOU A PODPĚRAMI
ZDROJ-WWW.IDNES.CZ
Foto z místa vzniku havarie-cca 15 min před zřícením
PODÉLNÝ ŘEZ ZAVALENÝM DÍLEM
SITUACE V MÍSTĚ ZÁVALU
Závalový svah na jablunkovské straně
Stavba opěrné a rozpínací stěny
Stavba opěrné a rozpínací stěny
GEOTECHNICKÉ PODMÍNKY • RAŽBA PROBÍHALA PŘEVÁŽNĚ V JÍLOVCÍCH RŮZNÉ KVALITY • NÁVRH VYCHÁZEL Z DOPLŇKOVÉHO PRŮZKUMU V ROCE 2008 • PO MIMOŘÁDNÉ UDÁLOSTI BYL PROVEDEN DALŠÍ PRŮZKUM • ZASTIŽENÉ HORNINY VYKAZOVALY VYSOKÝ STAV DEGRADACE VLIVEM PŮSOBENÍ VODY • PŘETVÁRNÉ VLASTNOSTI DEGRADOVALY Z 370 MPa na 6 – 15 Mpa (modul pružnosti) • VZORKY JÍLOVCŮ SE CHOVALY KONTRAKTANTNĚ
NUMERICKÝ MODEL • PRO ZJIŠTĚNÍ MECHANIZMU PORUŠENÍ BYLY SESTAVENÝ MATEMATICKÉ MODELY • VYUŽITÍ SW. PLAXIS 8 A PLAXIS TUNNEL • V PROSTOROVÉM MODELU BYL SIMULOVÁN POSTUP RAŽBY • BYLY SESTAVENY DVA MODELY PODLE RŮZNÝCH PRŮZKUMŮ • VYHODNOCOVALY SE DEFORMACE A VNITŘNÍ SÍLY
Mohr-Coulomb
1 1Bc
3 GT 05/2008
4 1Bb
Type
Drained
Undrained
Undrained
γunsat
[kN/ m3]
19,50
20,00
20,00
γsat
[kN/ m3]
21,50
20,50
21,50
kx
[m/d ay]
0,00001
0,001
0,009
ky
[m/d ay]
0,00001
0,001
0,009
Eref
[kN/ m2]
420000
20000
374000
ν
[-]
0,250
0,420
0,270
cref
[kN/ m2]
32,00
15,00
25,00
ϕ
[°]
27,60
20,00
28,30
Hodnoty geotechnických vlastností z GTP 2008
NUMERICKÝ MODEL
y
y
x
GP 2008
GP 1/2010
Charakteristické fyzikálně-mechanické vlastnosti zemin a hornin jsou uvedeny v tabulce ze které je zřejmé,že v důsledku trvalých dotací vody do masivu došlo k téměř naprosté degradaci pevnostních a přetvárných vlastností hornin (modul pružnosti 6-15 MPa)
Geotechnický typ
ČSN 73100 1
Konzistence / ulehlost
g (kN.m -3)
fef (°)
cef (kPa )
Edef (MPa)
n
navážky materiál tunelu)
(vytěžený starého
F6 CIY, F4 CSY
tuhá
20,5
17
14
4
0,4 0
navážky (uhelná hlušinová sypanina)
G3 GFY
ulehlá (zhutněná)
21,0
32
1
80
0,2 5
navážky (uhelná hlušinová sypanina)
G3 GFY
kyprá (nezhutněná )
21,0
30
1
40
0,3 0
deluviální písčité
jíly
F6 CI, F4 CS
tuhá pevná
21,0
22
17
6
0,4 0
eluviální jíly a jíly písčité
F6 CI, F4 CS
pevná
21,0
22
12
6
0,4 0
jílovce (po úroveň 508 m.n.m., vyjma 523-527 m.n.m)
R6 (F4 CS)
pevná
21,0
22
15
10
0,4 0
jílovce (523-527 m.n.m)
R6 (F4 CS)
pevná
21,0
22
5
8
0,4 0
jílovce (508-502 m.n.m)
R6 (F4 CS)
pevná
21,0
22
15
15
0,4 0
prachovce (v okolí vrtu J501)
R5
21,0
22
18
20
0,4 0
prachovce, včetně rytmického střídání prachovců a pískovců)
R5
21,0
22
18
20
0,4 0
pískovce
R2-R3
23,0
25
50
80
0,1 5
rytmický flyš (střídání jílovců a pískovců)
R5, R3
21,0
22
20
20
0,3 0
ze
jíly
a
až
TOTÁLNÍ POSUNY – 3D MODEL
TOTÁLNÍ POSUNY - SMĚRY POSUNŮ DLE MODELU
TOTÁLNÍ POSUNY – 3D MODEL
Srovnání ohybových momentů pro 2D modely 300
2D_ 5/ 2008
250
2D _1/2010
Ohybový moment [kNm]
200
150
100
50
0 1
51
101
151
201
-50
-100
-150 Pozice na obvodu díla
Srovnání ohybových momentů pro 3D a 2D modely 200
3D_5/2008
150
3D_1/ 2010 2D_ 5/2008
Ohybový moment [kNm]
100
50
0 1
51
101
151
201
251
301
351
401
-50
-100 Pozice na obvodu díla
OHYBOVÉ MOMENTY
Normálové síly v ostění kaloty
INTERAKČNÍ DIAGRAMY – 3D
-5000
-4500
Ocel: 10505 R 6x100x100 1x32, 2x22 2 As1=1087mm
-4000
As2=1043mm Beton: C16/20 výška průřezu 350mm
N [kN] (tlak)
-5000
2
-3500
-3000
-3000
-2500
-2500
-2000
-2000
-1500
-1500
-1000
-1000
-500 -200
-100
-4000
As2=1043mm Beton: C16/20 výška průřezu 350mm
2
-3500
-300
-4500
Ocel: 10505 R 6x100x100 1x32, 2x22 2 As1=1087mm
N [kN] (tlak)
-500
0
100
200
300
0
-400
-300
-200
-100
0
100
200
300
400
500
0 M [kNm]
500
1000
1500
GP 2008
500
M [kNm]
1000
1500
GP 1/2010
ZÁVĚR • VÝSLEDEK SIMULACÍ JEDNOZNAČNĚ POTVRDIL, ŽE DOŠLO K VÝRAZNÉ DEGRADACI PEVNOSTNÍCH A PŘETVÁRNÝCH VLASTNOSTÍ • DEGRADACE NASTALA VLIVEM DLOUHODOBÉHO PŮSOBENÍ VODY • ŘÍJEN 2009 BYL SRÁŽKOVÉ NADPRŮMĚRNÝ A SPADLO AŽ O 200% VÍCE SRÁŽEK • INICIAČNÍM IMPULSEM VZNIKU ZÁVALU BYLO NEJPRAVDĚPODOBNĚJI NÁHLÉ VÝRAZNÉ ZVÝŠENÍ PÓROVÝCH TLAKŮ V MĚKKÝCH JÍLOVCÍCH A ZTRÁTA JEJICH PEVNOSTI
