Fakulta stavební ČVUT v Praze, katedra geotechniky
PROVÁDĚNÍ PODZEMNÍCH STAVEB - I. část 1/2009
Prof. Ing. Jiří Barták, DrSc.
ROZDĚLENÍ PODZEMNÍCH STAVEB Podle dispozičního uspořádání • Stavby liniové - převládající rozměr je délka – štoly (A ≤ 16 m2) - horizontální či subhorizont. – tunely (A ≥ 16 m2) – horizontální či subhoriz. – šachty – svislé nebo šikmé • Stavby plošné – převládají půdorysné rozměry • Stavby prostorové (kaverny) – všechny tři rozměry řádově stejné v desítkách metrů
Liniové stavby ŠTOLA, TUNEL dovrchní
úpadní
0-10o(45o)
ŠACHTA
svislá
šikmá
Podle účelu použití podzemní stavby • Dopravní (pro pěší, železniční, silniční, metro. plavební) • Vodohospodářské – kanalizační stoky, vodovodní přivaděče, odpadní a obtokové tunely • Komunální – kabelovody (silnoproudé i slaboproudé), teplovody, parovody, plynovody, kolektory (sdružené vedení inženýrských sítí) • Záštitné podzemní stavby
Podle
způsobu provádění
• Podzemní stavby prováděné z povrchu území – Přesypávané tenkostěnné konstrukce – ocelové (TUBOSIDER) nebo železobetonové (BEBO, MATIÉRE) – Hloubené tunely – ve svahovaných nebo v pažených jámách
• Podzemní stavby ražené – provádí se bez odstranění nadloží konvenčními metodami (NRTM) nebo pomocí tunelovacích strojů
Přesypávané konstrukce - typ TUBOSIDER
Přesypávané – typ TUBOSIDER
Dálnice D5 Bavoryně – Červený potok
Přesypávané – typ BEBO
Podzemní hangár
Propustek násypem
NOVOSEDELSKÝ TUNEL
Přesypávané – typ MATIÉRE Přivaděč Nýřany na D5
Rychlostní silnice R4 Nová Hospoda u Písku
Schema ražených a hloubených podzemních staveb zástavba
traťové tunely metra
ražené tunely hloubené tunely v pažené jámě
TERMINOLOGIE Tunelování - vytvoření podzemních prostor a zajištění jejich stability v průběhu provádění i za provozu. Složky tunelovacích prací při ražbě • rubání (rozpojování) – vzniká výrub trhacími pracemi nebo pomocí tunelovacích strojů (související termíny - čelba tunelu, rubanina) • vyztužení – provizorní (dočasné) nebo definitivní (trvalé) Ražba – rozpojení, naložení, odvoz rubaniny a provizorní vyztužení výrubu
Typy výrubů: • dílčí výlom - výrub částí průřezu štoly nebo tunelu, • plný výlom - výrub celého (plného) profilu tunelu, • teoretický výlom - je omezen teoretickým rubem ostění • přerub - vyrubaný prostor, ležící za teoretickým rubem ostění. Dělí se na zvětšený výrub (vícevýlom) a nadměrný výrub (nadvýlom). – vícevýlom - chtěný přerub nutný pro provedení rubové izolace ostění (u moderních metod se již nevyskytuje) – nadvýlom je nechtěný přerub.
Typy výrubů
1 – teoretický výlom, 2 – vícevýlom, 3 a 4 - nadvýlomy
Nadvýlom • Geologický - vzniká v důsledku geologické nehomogenity a tektonického porušení horninového masivu • Technologický – vzniká vlivem použité technologie ražby zaviněný nezaviněný
Důležité rozlišení z hlediska fakturace - nezaviněné nadvýlomy jsou investorem hrazeny, zaviněné nikoliv.
KONSTRUKČNÍ PRVKY • Vyrubaný tunelový průřez má tři části: • přístropí neboli kalotu (horní část výrubu) • opěří - pruh výrubu, který spojuje obě postranní (opěrové) části tunelu • dno neboli počvu - spodní část výrubu
Části výrubu
1 – kalota, 2 – opěří, 3 – dno
Členění výrubu (NRTM)
Horizontální
1 – kalota, 2 – opěří, 3 - dno
Vertikální
I – opěrové štoly, II – kalota, III jádro
Části výrubu (NRTM)
opěří
jádro
Tunel Mrázovka (pražský Městský okruh)
Části tunelového ostění
45
a)tunelové ostění klasického typu b) ostění hydrotechnické štoly 1 – horní klenba, 2 – opěra, 3 – základ opěry, 4 – spodní klenba
Části dvouplášťového ostění (NRTM) PRIMÁRNÍ OSTĚNÍ Mezilehlá izolace
SEKUNDÁRNÍ OSTĚNÍ
Tunel Mrázovka (pražský MO)
Části primárního ostění (NRTM)
Názvosloví u sekundárního ostění je totožné
PROVÁDĚNÍ RAŽENÝCH PODZEMNÍCH STAVEB • Cyklický postup – operace provedené v jednom cyklu umožňují postup ražby o jeden záběr • Rozpojování pomocí trhacích prací • Strojní rozpojování » Výložníkové frézy » Tunelbagry » Impaktory
• Plynulý postup – plnoprofilové tunelovací stroje
Cyklický postup ražby • Pracovní cyklus • Trhací práce – vrtání, nabíjení, odstřel, větrání, nakládání a odvoz rubaniny, vyztužování, prodlužování instalací • Výložníkové frézy, tunelbagry, impaktory – rozpojování, nakládání, odvoz rubaniny, vyztužování, prodlužování instalací
Rozpojování horniny při ražbě trhací práce – pomocí výbušnin v pevných
skalních horninách (σc > 50 MPa) tunelovací stroje – beztrhavinové rozpojování • s dílčím záběrem • výložníkové frézy (σc < 50 MPa) • tunelové bagry (σc < 30 MPa)
• plnoprofilové tunelovací stroje (σc až do 200 a více MPa)
Beztrhavinové rozpojování • Tunelové frézy, tunelbagry, impaktory • Výhody • schopnost vytvořit výruby variabilních tvarů, • možnost rychlého nahrazení stroje jinou technologií rozpojování v případě podstatné změny geologických podmínek, • dobrý přístup k čelbě a možnost osazení výstroje v těsné blízkosti čelby • možnost snížení prašnosti skrápěním
Tunelová fréza
Se dvěma výložníky a s podélnými hlavami
Tunelová fréza
S jedním výložníkem a příčnou hlavou
Tunelbagr Tunel Dobrovského na VMO v Brně
Schema
Rozpojování jílů
TRHACÍ PRÁCE • Výbuch - chemický vysoce exotermický děj s vývinem plynů a přídavnými efekty • Výbušnina – sloučenina s labilní chemickou vazbou a velkou vnitřní potenciální energií • Iniciační (počinová) energie – při jejím působení na výbušninu dojde k výbuchu • Explozivní hoření – „pomalý“ výbuchový děj (v = 300 m/s)
• Detonace – „rychlý“ výbuchový děj 9000 m/s)
(v = až
• Základní složky průmyslových trhavin – Látky výbušné – nitroestery - nitroglycerin, nitroglykol, pentrit, trinitrotoluen – Látky okysličující – dusičňany (amonný, draselný) a chlorečňany – Látky hořlavé (paliva) – podporují proces hoření -nafta, olej, parafin, síra, uhelný prach, hliníkové a elektronové piliny – Plnidla – zajišťují určité vlastnosti nesouvisející s výbuchem - vodovzdornost, barvu, sypkost, plastičnost, bezpečnostní detekci
• Přímá výbušnina – k výbuchu stačí malé množství iniciační energie • Nepřímá výbušnina – k výbuchu je třeba dodat velké množství iniciační energie Při výbuchu 1 kg průmyslové trhaviny vzniká cca 1000 l plynů, které při teplotě až 3000o C výrazně expandují. Vzniklá tlaková a podtlaková vlna konají práci.
• Základní rozdělení průmyslových trhavin – Podle charakteru výbušné přeměny • Střeliviny – přímé výbušniny, explozivní hoření • Třaskaviny – přímé výbušniny, detonace • Trhaviny – nepřímé výbušniny, explozivní hoření – jsou bezpečné pro průmyslové použití –
Podle konzistence • trhaviny sypké – nižší výkon, složení: tritol + dusičňan amonný + paliva (PERMON, PERMONEX, SYTHESIT) – Speciální trhaviny - VESUVIT, OBRYSIT
• trhaviny plastické –vyšší výkon, složení: nitroestery přes 15% + DA + paliva (PERUNIT, DANUBIT, SEMTINIT) – Trhaniny pro zvláštní určení - SEMTEX, INFERNIT
Rozněcovadla – prostředky k iniciaci trhavin • Pomocná • Bickfordova zápalnice – iniciace zážehových rozbušek, hnědá šňůra Ø 6 mm s vnitřní žílou trhacího prachu, zaručená rychlost hoření 1m za 125 ±15 s • elektrický palník – iniciace zážehových rozbušek
• Základní • Bleskovice • Zážehová rozbuška • Elektrická rozbuška
•Bleskovice – klasická použitelná samostatně nebo k iniciace trhavin, zelený plastikový kabel Ø 6 mm s vnitřní žílou z pentritu, detonační rychlost 6000 m/s - iniciace vždy rozbuškou velká opatrnost • Bleskovice NONEL – tenká bleskovice k roznětu
a)
b)
a) Elektrický roznět
b) Zápalnicový roznět
• Zážehová rozbuška – iniciace zápalnicí nebo palníkem – přivádí k výbuchu trhavinu pomocí třaskavin velká opatrnost při manipulaci
• Elektrická rozbuška – iniciace elektrickým proudem z roznětnice – přivádí k výbuchu trhavinu pomocí třaskaviny také nutná velká opatrnost při manipulaci
• Elektrické rozbušky • Mžikové – okamžitá detonace po zavedení elektrického proudu z roznětnice (stupeň „0“)
• časované –
detonace nastává se zpožděním po průchodu elektrického proudu z roznětnice (stupně „1“ až „n“) • Milisekundové – interval mezi jednotlivými stupni < 0,1 s; nejčastěji 23 ms; řada standardní DeM (21 st.), řady se sníženou citlivostí k indukovaným proudům – DeM-SICCA, DeM ZEON 5A • Dluhointervalové - interval mezi jednotlivými stupni > 0,1 s; nejčastěji 40 až 80 ms (řada DeR), 250 ms (řada DeD) a 500 ms (řada DeP)
TRHACÍ PRÁCE PŘI RAŽBĚ Trhavinové nálože se vkládají do vrtů (1/3 až ½ délky vrtu), zbytek je vyplněn ucpávkou
Vrtné schema – speciální uspořádání vrtů v čelbě štoly nebo tunelu. Tvoří jej: • vrty zálomové – provádějí obtížný počáteční vlom do horninového masivu v čelbě • vrty přibírkové – rozpojují podstatnou část horninového masivu v čelbě • vrty obrysové – rozpojují horninu v oblasti rozhraní mezi výrubem a masivem; cílem je přesný výlom a malé porušení masivu v bezprostředním okolí výrubu
