Tunelovací metody
Co vzniká v masivu
Metody ražby v tvrdé hornině
VRTÁNÍ A ODSTŘEL
NRTM NTM SEM
TBM SE ŠTÍTOVÝM PLÁŠTĚM
OBVODOVÝ VRUB
TBM (TUNELOVA CÍ STROJE)
TBM BEZ ŠTÍTOVÉHO PLÁŠTĚ
Metody ražby v poloskalní hornině, zemině PRSTENCOVÁ METODA
ŠTÍTS VOLNÝM ČELEM (APB)
NRTM OBVODOVÝ ŠTÍTOVÁNÍ SEM VRUB (NEMECHANIZOVANÉ ŠTÍTY)
ŠTÍT S VYROVNÁNÍM TLAKU ZEMINOU (EPB)
TBM (TUNELOVACÍ STROJE)
ŠTÍT S BENTONITOVOU EMULZÍ (BPB)
V současnosti se převážně používají: - prstencová metoda, - Nová rakouská tunelovací metoda (a příbuzné metody), - Metoda obvodového vrubu - tunelovací stroje.
Prstencová metoda • Pro soudržné zeminy, poloskalní a skalní horniny • Ražení plným profilem destruktivním či nedestruktivním způsobem na délku prstence definitivního ostění či délku rámu provizorního ostění • Definitivní ostění montované (ocel, ŽLB)
• Dílce ostění se ukládají erektorem, prostor mezi dílcem a horninou se vyplňuje injektáží • Každý nový prstenec má čelní zídku proti vytékání injektáže • Používají se i lemované plechy (kovové bednění po prstencích únosné po zatuhnutí injektáže)
Schéma metody
Pracovní cyklus u destruktivního způsobu rozvolnění horniny • • • • • • •
Vrtání Nabíjení a odstřel Větrání Nakládání a odvoz rubaniny Stavění definitivní výstroje Vyzdění čelní zídky Vrtání a zpětně injektáž za rubem přes otvory v dílcích
Čelní zídka
Montované ostění
Zvýšení stability čela tunelu • Pilot tunel • Horizontální tyčové kotvy • Stříkaný beton
Pilot tunel • Při horním lící výlomu • Výstroj pilot tunelu vyztuží horninu v přídi tuhým prvkem • Budování upřesní IG průzkum • Doporučuje se nedestruktivní ražení • Ostění ze stříkaného betonu či s pečlivou výplňovou injektáží
Pilot tunel
Pilot tunel
Horizontální tyčové kotvy • Tvoří tuhé vložky bránící vývinu deformací přídě tunelu • Větší spojení vrstev a bloků horniny • Možnost předpínání kotev • Předpokládá ražení trhavinou • Kombinuje se často s injektáží masivu • Při mechanickém rozpojování se používají laminátové kotvy
Horizontální tyčové kotvy
Nová rakouská tunelovací metoda (NRTM) V posledních třiceti letech doznala značného rozšíření tunelovací metoda, která v nebývalé míře využívá nosnou schopnost horninového masivu, realizovanou spolupůsobením s poddajným primárním vystrojením.
NOVÁ RAKOUSKÁ TUNELOVACÍ METODA Observační metoda s cyklickým ražením Umožňuje řešení složitých profilů a geologických podmínek ve formě „Design as you go“ Princip: Stálé sledování navrženého konstrukčního řešení Při nežádoucích projevech chování konstrukce (nutnost kriterií) se využije předem připravené doplňující řešení Doplňnující řešení jsou připraven na předem vytypované možné nedostatky původního návrhu
Aplikace při NRTM • základní zajištění výrubu je primární výstrojí • měřením deformací ověřujeme při další ražbě únosnost primárního ostění • nepříznivý vývoj deformací signalizuje nutnost zesílení výstroje, např. ocelovou výstrojí, kotvami, další vrstvou stříkaného betonu apod. • dvojvrstvé ostění zůstává základním znakem (primární a sekundární)
Historický vývoj NRTM • Ritter Franz von Rziha (1878) „Zatížení ostění je tvořeno tíhou horniny uvolněné nad stropem v průběhu času“ • prof. L. von Rabcewitz (1948) Patent „…způsob vystrojování výrubu vyznačující se tím, že se stěny podepřou nejprve slabým poddajným vystrojením proti horninovému tlaku. Po doznění horninového tlaku se osadí definitivní výstroj nanesením pevného ostění na vnitřní plochu předtím osazené výstroje“
• Ing. A Brunner (1953) Patent „..postup ražení a zabezpečení tunelů, štol apod., při němž se na stěny výrubu hned po vylomení nastříká pomocná klenba z rychle tvrdnoucího stříkaného betonu..“ • prof. L. Muller (1957) 22 zásad NRTM • Ing. H. Laufer (1960) Klasifikace hornin podle doby stability nevystrojeného výrubu, která vychází z měření na řadě alpských tunelů • prof. L. von Rabcewicz (1962) definoval NRTM na XII Geomechanickém kolokviu v Salzburku
Fenner-Pacherova křivka Průběh radiálního napětí na lící výrubu se nazývá charakteristická křivka horniny a průběh nárůstu pevnosti výstroje křivkou odporu výztuže. Metod výpočtu charakteristické křivky horniny a křivky odporu výztuže existuje poměrně mnoho. Liší se hlavně vstupními předpoklady, jež mají hlavní vliv na přesnost vystižení chování skutečné horniny a výstroje.
Pro Novou rakouskou metodu typické a nezbytné měření deformací líce pomocné výstroje se skládá z řady speciálních měření (měření kotev, konvergenční měření, extenzometry, tlakové buňky). Měření deformací, yhodnocené v závislosti na čase,umožňuje sledovat vliv stavebního postupu na velikost a charakter deformací.
Nová rakouská metoda je velmi adaptabilní. To znamená, že podle potřeby se čelba různě člení, volí se různé kombinace svorníkové a obloukové ocelové výstroje se stříkaným betonem apod. tak, aby se metoda nechala upravovat pro různé podmínky, které se v předpokládané trase tunelu vyskytnou.
Různé varianty členění čelby souvisí jednak se stabilitou horniny ve stropě a v čelbě výrubu, jednak se způsobem ražení , protože preferovaný způsob ražby pomocí výložníkové frézy vyžaduje splnění určitých prostorových parametrů.
Tunelovací stroje Tunelovacími stroji se nazývají mechanismy, kterými je možno provádět rozpojování horniny v čelbě tunelu bez použití trhacích prací a v některých případech současně zajišťovat výlom při jeho vystrojování.
Základní rozdělení plnoprofilových tunelovacích strojů (TBM)
TBM Otevřené (do tvrdých netlačivých hornin)
Se štítem
s otevřeným čelem (do tlačivých hornin)
se zavřeným čelem (do silně tlačivých hornin)
Otevřený razicí stroj s rozpěrnými deskami
Pracovní cyklus razicího stroje • Razicí hlava je přitisknuta k čelbě přítlačnými lisy, otáčí se kolem osy stroje a rozpojuje tak horninu v závislosti na druhu použitých rozpojovacích orgánů. Rozpojená hornina je automaticky nakládána a dopravována pásovým dopravníkem zatunelovací stroj do vozů, sloužících pro odvoz rubaniny. • Po vyčerpání zdvihu přítlačných lisů se otáčení vrtné hlavyzastaví. • Uvolní se rozpěrné zařízení, upnuté do této chvíle do boků horniny. • Pomocí reverzně pracujících přítlačných lisů se celý stroj • posune směrem k razicí hlavě. • Po dosažení přední polohy se rozpěrné zařízení upne opět do boků výlomu, přítlačné lisy přitlačí razicí hlavu na čelo výrubu a pracovní cyklus se může opakovat
Pracovní cyklus plnoprofilového razicího stroje
Nemechanizovaný štít Nemají v čelbě žádný speciální rozpojovací orgán ani mechanizované (automatizované) nakládání rubaniny. Vesměs jsou s otevřeným čelem. Nemechanizovaný štít lze v hrubém přiblížení charakterizovat jako ocelový válec s břitem, který je silnými hydraulickými lisy protlačován horninou (zeminou) ve formě hnaného pažení.
Schema nemechanizovaného štítu
Rozdělení štítu • Prstenec břitový, ve kterém se rozpojuje hornina a nakládá rubanina, v nepříznivých geologických podmínkách opatřen ve své horní části nástavcem zvaným štítek; není-li toto opatření dostatečné, používá se rozdělení přídě přepážkami, • Prstenec trupový (opěrný), tvoří tuhou část štítu. Jsou v něm umístěny tzv. štítové lisy a nese erektor, který umožňuje montáž ostění. • Plášť tvoří prostor, ve kterém se sestavuje ostění z dílců (tubingů).
cyklus při nemechanizovaném štítování • Rozpojování horniny v břitovém prstenci, zároveň s těžením je štít posunován kupředu štítovými lisy, které se opírají o hotové ostění. Pohyb štítu kupředu je na celou délku vysunutí lisů. Rubanina se nakládá nakladačem. • Lisy stáhnou zpět do trupového prstence a ve vzniklém prostoru v plášti štítu se sestavuje další prstenec ostění. • Po jeho smontování se opět vysunou štítové lisy, opřou se o nově smontovaný prstenec, započne rozpojování horniny, jejínakládání a celý cyklus se opakuje.
Mechanizované štíty Mechanizované štíty jsou jsou kryta ochranným ocelovým válcem Jsou určeny do měkkých zemin nebo do takových hornin, ve kterých by mohlo vytvořením výrubu dojít ke ztrátě stability.
Schéma štítu
Schéma štítu
1-drapák či fréza 2-plášť štítu 3-řídící hydromotor 4-dopravní pás 5-saňový výložník 6-posuvný přímočarý hydromotor
Schéma štítu – plný záběr
-řezná hlava 2-pohon hlavy 3-hydromotor pro posun štítu 4-erektor 5-dopravování rubaniny 6-dopravování ostění 7-spínací skříň 8-pokračování dopr. pásu
Štít s plným záběrem U štítů s plným záběrem čela, vyžadujících poměrně značný přítlak na pracovní orgán, se může provádět ražba, posun a výstavba ostění trojím způsobem:
Prvý způsob v zeminách se štít posunuje ve výrubu tlakem štítových lisů, které se opírají o čelo ostění; to musí být dimenzováno na účinek těchto sil; ražba a vystrojování se děje přetržitě, neboť je nelze provádět současně - tzv. jednoduchý štít,
Druhý způsob v pevnějších horninách, kde je potřebný větší přítlak na rozpojovací frézu v čele štítu, opírá se štít do výrubu upnutými hydraulickými rozpěrami s roznášecími deskami. Tyto rozpěry přenesou značnou část sil, potřebných pro přítlak štítu, takže zatížení ostění tlakem štítových lisů je podstatně menší; i v tomto případě se jedná o jednoduchý štít,
Třetí způsob v poloskalních a skalních horninách se štít může opírat o zvláštní rozpěrný prstenec, který se hydraulicky upne do výrubu za štítem. V tomto případě nemusí ostění přebírat ani část síly, potřebné k přítlaku a posuvu štítu. Ostění v plášti rozpěrného prstence lze budovat nejrůznějším způsobem nezávisle na vlastním tělese a činnosti mechanizovaného štítu - tzv. dvojitý štít,
Dvojitý štít
Štíty pro tlačivé a zvodnělé zeminy • pneumatický štít, • bentonitový štít, • zeminový štít.
Mechanizovaný pneumatický štít
Návrhové kroky navrhování TBM
• Krok 1 Definování geometrických parametrů poloměr výrubu. Poloměr ostění, tloušťka ostění, typ segmentů a jejich spojení,.. • Krok 2 Určení geotechnických parametrů smykové pevnosti, moduly přetvárnosti, primární napjatost, pevnost horniny v tlaku, abrazivita
• Krok 3 Výběr kritických řezů vliv nadloží, podzemní vody, přitížení, okolních budovi • Krok 4 Určení mechanických vlastností TBM místo pro instalaci, injektážní tlaky, rozpěrné tlaky, tlak na dláto a počet dlát • Krok 5 Materiálové parametry ostění pevnost a modul u ŽLB, pevnost spojení segmentů, • Krok 6 Určení návrhových hodnot výpočtu
PRE-LINING TUNELOVACÍ METODY
Princip pre-lining metod
cross section
longitudinal section
jet-grouting columns
concrete arch
Technologie tryskové injektáže
Technologie tryskové injektáže
• Ochranný vějíř z ocelových prvků (trubky, pruty) • Mikropilotový deštník
Pre-cutting
Vysouvání Tunelových tubus se vybuduje v suchém doku na břehu řeky a konci se umístí balanční tanky a ocelové zátky. Do tubusu se upevní závěsný systém a dok se zaplaví. Poté se tubus vysune přes řeku do doku na druhé straně řeky, kde jsou ukotveny dva kabelové závěsy posouvající tubus. V suchém doku je umístěno podepření přenášející většinu vlastní váhy tubusu a zajišťující jeho stabilitu. Po přetažení je tubus ukotven a zajištěn.
