VYSOKÉ UENÍ TECHNICKÉ V BRN FAKULTA STAVEBNÍ PODZEMNÍ STAVBY MODUL BF06-M02 PODZEMNÍ STAVBY

VYSOKÉ U ENÍ TECHNICKÉ V BRN FAKULTA STAVEBNÍ

VLADISLAV HORÁK

PODZEMNÍ STAVBY MODUL BF06-M02 PODZEMNÍ STAVBY

STUDIJNÍ OPORY PRO STUDIJNÍ PROGRAMY S KOMBINOVANOU FORMOU STUDIA

Podzemní stavby · Modul M02

© Vladislav Horák, Brno 2007

- 2 (114) -

Obsah

OBSAH 1 Úvod ...............................................................................................................7 1.1 Cíle ........................................................................................................7 1.2 Požadované znalosti ..............................................................................7 1.3 Doba pot ebná ke studiu .......................................................................7 1.4 Klí ová slova.........................................................................................7 1.5 Použitá terminologie (nepovinné) .........................................................7 10. Zlepšování prost edí p i ražbách ......................................................8 10.1 Jehlování ...............................................................................................8 10.2 Mikropiloty a piloty ..............................................................................9 10.3 Injektáže ..............................................................................................10 10.4 Trysková injektáž ................................................................................14 10.5 Klakáž .................................................................................................15 10.6 Snížení hladiny podzemní vody erpáním ..........................................16 10.7 Zmrazování .........................................................................................17 11 Rozpojování horniny p i ražení ................................................................21 11.1 Strojní ražba (ražba TSM)...................................................................21 11.1.1 Výložníkové frézy................................................................21 11.1.2 Rypadla (tunelbabry) ...........................................................21 11.1.3 Impaktory.............................................................................21 11.1.4 Výhody TSM .......................................................................24 11.1.5 Nevýhody TSM:...................................................................24 11.2 Trhací práce.........................................................................................25 11.2.1 Rozd lení výbušin................................................................25 11.2.2 Rozd lení trhavin .................................................................25 11.2.3 Rozn covadla a rozn tnice ..................................................26 11.2.4 Zálom a vrtné schéma ..........................................................29 11.2.5 ízený výlom .......................................................................31 11.2.6 Pracovní cyklus razící práce s použitím trhavin ..................32 11.2.7 Vrtání ...................................................................................32 12 Manipulace s rubaninou ............................................................................35 12.1 Nakládání rubaniny .............................................................................35 12.2 Odvoz rubaniny...................................................................................37 12.2.1 Kolejová doprava .................................................................38 12.2.2 Bezkolejová kolová doprava................................................40 12.2.3 Pásové dopravníky ...............................................................41 13 Hloubení šachet a komín ..........................................................................42 13.1 Zp soby výstavby šachet ....................................................................43 13.1.1 Klasickým šachtováním (shora dol )...................................43 13.1.2 Zespodu nahoru trhací prací.................................................44 13.1.3 Zespodu nahoru vrtáním ......................................................46 13.1.4 Definitivní ost ní je provád no sou asn s hloubením, p ípadn v p edstihu p ed hloubením ...................................47 - 3 (114) -


14. Vystrojování štol a tunel ................................................................ 48 14.1 Zavedené prostorové uspo ádání štoly ............................................... 48 14.2 Provizorní vystrojení (primární obezdívka nebo také do asná obezdívka) .......................................................................................... 48 14.2.1 D evo................................................................................... 48 14.2.2 D lní ocelová (poddajná) K-výztuž, tzv. korýtková (také hovorov i archaicky TH, V, „zvonek“, „Hajcman“ apod.)50 14.2.3 Pažiny .................................................................................. 52 14.2.4 Ocelová výstroj ze standardních válcovaných profil (I, U, H, HE, HEB, trubky)................................................................. 53 14.2.5 Ocelová výstroj z p íhradových profil .............................. 54 14.2.6 Ocelová výstroj „Stern“ ...................................................... 55 14.2.7 St íkaný beton ..................................................................... 56 14.2.8 Svorníky, h ebíky, kotvy ..................................................... 58 14.3 Definitivní vystrojení (sekundární obezdívka nebo také trvalá obezdívka) .......................................................................................... 59 15. M lké podzemní stavby.................................................................... 60 15.1 Cut & Cover ....................................................................................... 61 15.1.1 Podzemní stavby ve svahovaných rýhách........................... 61 15.1.2 Podzemní stavby v pažených rýhách .................................. 62 15.2 Cover & Cut (Top – Down)............................................................... 63 15.3 Tunely budované p ímo na povrchu a p esypané............................... 63 15.4 Metoda „želva“.................................................................................. 63 15.5 P íklady m lkých tunel .................................................................... 65 16. Poklesová aktivita............................................................................. 71 16.1 Metody pro stanovení deformací povrchu území p i tunelování....... 73 16.1.1 Empirická metoda „Objemové ztráty horniny – Loss of Ground“ [R. B. Peck, 1969]................................................. 74 16.1.2 Analytické (poloanalytické) stanovení pokles [Limanov – Fazekas]................................................................................ 75 16.1.3 Fyzikální modelování.......................................................... 76 16.1.4 Matematické modelování .................................................... 76 16.1.5 M ení in situ ...................................................................... 77 16.2 Metody pro omezení vzniku pokles ................................................ 78 17. V trání ............................................................................................... 80 17.1 Stavební v trání .................................................................................. 80 17.2 Provozní v trání.................................................................................. 82 17.2.1 P irozené podélné v trání.................................................... 82 17.2.2 Podélné v trání s proudovými ventilátory .......................... 82 17.2.3 Polop í né v trání ............................................................... 83 17.2.4 P í né v trání........................................................................ 83 18. Ochrana podzemních staveb proti vod ......................................... 85 18.1 Izola ní fólie....................................................................................... 88 18.2 Drenáže............................................................................................... 89 19. Mikrotunelování ............................................................................... 93 - 4 (114) -

Obsah

19.1 Rozd lení bezvýkopových metod .......................................................93 19.2 Zp sob zavád ní potrubí, vedení i sít ..............................................95 19.2.1 Zatla ování...........................................................................95 19.2.2 Zatahování (spojené asto s rozši ováním vrtu) ..................96 19.3 Faktory ovliv ující volbu mikrotunelovací metody............................96 19.3.1 Profil zabudovávaného podzemního vedení ........................96 19.3.2 Délka úseku mezi startovací (zápichovou) a cílovou šachtou96 19.3.3 Materiál zabudovávaného vedení ........................................96 19.3.4 Geotechnické podmínky v trase...........................................96 19.4 Startovací a cílové šachty....................................................................98 19.5 Udržení sm ru a sklonu mikrotunelu ..................................................98 19.6 Protla ování ........................................................................................98 19.7 Vhán ní s roztla ováním do prost edí ................................................99 19.8 Beran ní, zarážení = ramming (ramování) .......................................100 19.9 Mikrotunelování jako takové ............................................................101 19.10 ízené sm rové vrtání.......................................................................102 19.11 ízené sm rové vrtání.......................................................................104 20 Záv r ..........................................................................................................111 20.1 Shrnutí...............................................................................................111 20.2 Seznam použité literatury..................................................................111 20.3 Seznam dopl kové studijní literatury ...............................................113 20.4 Odkazy na další studijní zdroje a prameny .......................................113

- 5 (114) -

Úvod

1

Úvod

1.1

Cíle

Student se seznámí s historií a vývojem podzemních staveb, s jejich nomenklaturou podle r zných kriterií a s názvoslovím. Zvládne základní projek ní prvky pod-

zemních staveb. Seznámí se s geotechnickým pr zkumem a vlivem geologie na trasování podzemní stavby a s horninovými klasifikacemi pro podzemní stavby. Bude seznámen s úvodem do teorie horninových tlak . Bude informován o základních metodách pro návrh a posouzení primární obezdívky (tuhé a poddajné ost ní apod.). Dále se seznámí p edevším s tunelovými systémy a soustavami pro v tší i menší profily podzemních staveb, rozpojováním horniny mechanicky a trhací prácí, manipulací s rubaninou a s hloubením šachet. Budou probrány metody zlepšování horninového prost edí p i výstavb podzemních d l. Seznámí se s vystrojováním a v tráním podzemních staveb a s jejich izolováním proti vod . Bude schopný posoudit deformace povrchu území. Seznámí se i s hloubenými podzemními stavbami a s mikrotunelováním. Studijní opora je rozd lena do dvou modul (BF06-M01 a BF06-M02).

1.2

Požadované znalosti

Požadovány jsou základní znalosti z geologie, mechaniky zemin, mechaniky hornin, zakládání staveb, stavebních látek, stavební mechaniky a pružnosti a plasticity.

1.3

Doba pot ebná ke studiu

Dobu pot ebnou ke studiu „Modulu 02 – podzemní stavby“ lze odhadnout na cca 20 hodin.

1.4

Klí ová slova

Hornina, skalní hornina, poloskalní hornina, horninový masív, zemina, podzemní stavba, tunel, štola, šachta, výrub, elba, po va, op ra – op í, metoda výstavby, tunelový pas, prstenec, NRTM (NATM), TBM, štít, trhací práce, TSM, hloubená stavba, zasypávaná stavba, kombinovaná stavba, primární a sekundární výstroj, obezdívka, ost ní, poklesová kotlina, izolace proti vod , v trání, mikrotunelování.

1.5

Použitá terminologie (nepovinné)

Je osv tlena postupn v u ebním textu.

- 7 (114) -


10. Zlepšování prost edí p i ražbách 10.1 Jehlování Jehlování je nejjednodušším zajišt ní p ístropí p i ražbách. Používá se nej ast ji v rozpukaných i vrstevnatých skalních a poloskalních (slabých) horninách. Pomáhá udržet projektovaný profil a p edevším brání nadvýlom m po puklinách (zvlášt p i použití trhavin). Jehly jsou zhotoveny standardn z b žné hladké betoná ské oceli Ø 20 až 30 mm, délky 2,5 až 4 m; v nouzi mohou být použity i jiné profily (nap . kolejni ky apod.). Jehly z stávají trvalou sou ástí primární obezdívky. Postup jehlování je nesmírn jednoduchý (obr. 10.1): 1. vrtání otvor (nad skruží nebo p es p íhradovinu) 2. osazení jehel nasucho zasunutím do vrtu.

Obr. 10.1: Jehlování p ístropí podzemní stavby

Obr. 10.2: Zajišt ní p ístropí jehlováním. Brno – stoka C (zdroj www)

- 8 (114) -

Zlepšování prost edí p i ražbách

10.2 Mikropiloty a piloty Jde o zajišt ní výrubu postupem v zásad totožným jako p i jehlování, ale s p echodem k injektážím. Piloty a mikropiloty jsou obvykle delší než jehly a technologicky výrazn náro n jší. Problémem p i z izování mikropilotového deštníku bývá s vypln ním vrtu cementovou zálivkou; to proto, že mikropiloty musí být zhotoveny dohorn od horizontály. eší se to upravením technologie (uzav ením ela mikropiloty, použitím ztratných vrtných korunek a vrtných ty í apod. – obr. 10.3). Mikropiloty a piloty se asto používají na portálech. Piloty zde mohou být i širokoprofilové, i v délkách až mnoho desítek m. Velmi silné piloty mohou být po obvodu tunelu z ízeny i metodou mikrotuneláže (obr. 19.11).

Obr. 10.3: Mikropiloty pro zajišt ní výrubu [Trevi]

- 9 (114) -


10.3 Injektáže Injektáže se provád jí nej ast ji ve vodou nasycených i velmi špatných horninách, p i pr chodu pod ekami a p i nízkém nadloží. V intravilánu se v poslední dob setkáváme také s injektážemi pro omezení deformací prost edí (tzv. „kompenza ní“ injektáž). Cílem injektování je p edevším: • ut sn ní masívu (= injektáž t snící) • zpevn ní masívu (= injektáž zpev ující), asto v kombinaci s injektáží t snící • a do jisté míry zvláštním typem injektáže – tou je injektáž výpl ová a aktiva ní Postupy p i t snící a zpev ující injektáži v podzemním stavitelství jsou následující: Z ela (obr. 10.4) Z pilotního tunelu i štoly (obr. 10.5 až 10.7) S povrchu (obr. 10.8) Z pomocných štol (obr. 10.9 a 10.10) Kombinovan (obr. 10.11).

Obr. 10.4: Injektáž provád ná postupn z ela raženého díla [Sireg]

- 10 (114) -


Obr. 10.5 až 10.7: Injektáž provád ná z pilotního tunelu i štoly [Sireg]

Obr. 10.8: Injektáž provád ná s povrchu. Metro v Milán (Itálie) [F. Klepsatel, 1980]

Obr. 10.8: Injektáž provád ná s povrchu [Sireg]

- 11 (114) -


Obr. 10.9: Injektáž provád ná z pomocné štoly [Sireg]

Obr. 10.10: Injektáž provád ná z pomocných štol. Metro v Pa íži [F. Klepsatel a kol., 1998]

Obr. 10.11: Injektáž provád ná kombinovaným postupem. Dálni ní tunely v Itálii [F. Klepsatel a kol., 1998] - 12 (114) -


Volba injek ní sm si závisí na ad faktor : • • • • • •

Na propustnosti prost edí Na její cen Na její zpracovatelnosti Na její objemové stálosti a odolnosti proti erozi Na její pevnosti Na ekologických kriteriích.

V p ípad masívních nasazení injektáží se asto realizují injek ní pokusy, n kdy i velmi rozsáhlé. Hlavní typy injek ních sm sí: •

Sm si na bázi jíl . Jsou nejlacin jší. Lze je použít pouze jako injektáž t snící, v p ípad použití jílocementu do jisté míry i zpev ující • Cementové malty, suspenze a velmi jemné cementy • Chemické injek ní sm si o Tvrdé gely (podle reaktiva bu rychlé nebo pomalé) z vodního skla. N která reaktiva uvol ují jedovaté látky (formalín uvol uje smrteln nebezpe ný pavek). Tvrdé gely trpí synerezí (tj. p i ztrát vody p i tuhnutí injekce nastává smrš ování). Injekce na bázi vodního skla se v sou asnosti používají již jen sporadicky o M kké gely ze z ed ného vodního skla a minerálního reaktiva. Mají dobrou pronikací schopnost, ale malou pevnost. Jsou vhodné pro dot s ování • Organické živice nap . fenoplasty, aminoplasty (DUKOL), PUR ap. Obvykle mají vyšší až velmi vysoké ceny, u starších typ mohou být i hygienicky rizikové. Rychlost jejich vytvrzování se b žn asuje. Jde o velmi progresivní injek ní hmoty, používané stále více. Oblasti použití jednotlivých typ injektáží jsou z ejmé z obr. 10.12:

Obr. 10.12: Oblasti použití injektážních metod. Injektáž SOIFRAC® je klakáží používanou jako kompenza ní pro eliminaci pokles p i ražení [Keller]

- 13 (114) -


Zp soby injektáže: Vzestupný Sestupný. Jak vzestupný, tak sestupný zp sob injektáže jsou vhodné pro zlepšování i ut s ování podloží budovaného horninami, do kterých lze ve vrtu upnout obturátor Manžetovými trubkami. Tento postup pro pot eby podzemního stavitelství zcela p evládá. Stanovení maximálního injektážního tlaku je velmi choulostivou záležitostí. P i „bezohledné“ injektáži hrozí p edevším nebezpe í protržení povrchu i výronu injektáže na povrch, dále nebezpe í poškození objekt a inženýrských sítí v blízkosti PS nebo dokonce i poškození obezdívky nov realizovaných úsek podzemní stavby samé. Stanovení maximálního injektážního tlaku se provádí na základ VTZ (vodních tlakových zkoušek) nebo zkoušek injek ních. Velmi p ibližn se maximální injektážní tlak ur uje v rozmezí: p kde:

h÷2 h

(10.1)

…objemová tíha horniny h…hloubka podzemní stavby pod povrchem terénu.

V celém pr b hu injektáže musí být injektáží tlaky a sou asn spot eby injek ních hmot pe liv monitorovány. Totéž platí i pro p ípadné vedlejší projevy injektáží (výrony, zm ny na blízkých konstrukcích etc.).

10.4 Trysková injektáž Používá se obdobn jako injektáž klasická (viz p edchozí odstavce). Nej ast jší p íklady použití jsou z ejmé z obr. 10.13 a 10.14. Obvyklou metodou nasazenou v podzemním stavitelství je postup TI ozna ovaný jako R1 ( i T1) s ezáním zeminy i vnášením cementové injekce jednou tryskou. Jisté potíže p i provád ní sloupc TI nastávají (obdobn jako u mikropilot) p i provád ní sloupc deštník odklon ných od horizontály sm rem nahoru (obr. 10.13 dole). Složité použití TI p i výstavb tunelu je uvedeno na obr. 10.15.

- 14 (114) -


Obr. 10.13 a 10.14: Možnosti použití TI [Trevi]

Obr. 10.15: Kombinace tryskové injektáže a snížení h. p. v. vakuovým erpáním. Kombinovaná metoda použitá p i výstavb ásti tunelu Rengershausen (SRN – Essen). Dvoukolejný tunel rychlé železnice. Výrub až 200 m2, délka cca 800 m, nadloží 12 až 13 m, h. p. v. v polovin pr ezu. Doba výstavby 3 roky (dokon en 1990) [F. Klepsatel a kol., 1998]

10.5 Klakáž Klakáž je speciální injektáž vhodná i do jemnozrnných zemin, které p i b žných postupech injektáží nemohou p ijímat injek ní sm s do svých p íliš malých pór . Klakáž se provádí pod velmi vysokým tlakem, který zeminu roztrhá; do roztrhané zeminy pak m že pronikat injek ní sm s. Klakáž je použitelná i jako kompenza ní (pro eliminaci deformací nadloží). S ohledem na velmi vysoké injek ní tlaky je p i použití klakáže monitorování tlak , množství sm si a chování okolí nezbytné!

- 15 (114) -


Obr. 10.16: Postup klakáže metodou Soifrac [Keller]

10.6 Snížení hladiny podzemní vody erpáním Obdobn jako p i zakládání staveb lze, podle pot eby, p i provád ní podzemních staveb snižovat hladinu podzemní vody v geologickém prost edí. Snižování se provádí erpáním vody systémem studní z ízených v p edstihu podél podzemní stavby. Studny se po dokon ení stavby likvidují. P íklad takového ešení je na obr. 10.17 a 10.18.

Obr. 10.17: Brno – Svitavské náb eží – levob ežní kanaliza ní sb ra . ada erpacích studní mezi štítovanou štolou a ekou [foto V. Horák]

- 16 (114) -


Obr. 10.18: Brno – Svitavské náb eží – levob ežní kanaliza ní sb ra . erpací studna u šachty [foto V. Horák]

10.7 Zmrazování Zmrazování je použitelné ke zpevn ní a ut sn ní zemin obsahujících vodu. Jde o extrémní metodu používanou obvykle pokud ostatní (konzervativní) metody zlepšení selžou. Jak profil tak i okolí podzemní stavby jsou pokryty paženými vrty i jehlami s cirkulujícím chladícím médiem (obr. 10.19 a 10.20). Chladící médium odebírá z prost edí teplo tak dlouho, až dojde k jeho zmrznutí a postupnému vytvo ení souvislého ochranného plášt ze zmrzlé zeminy. Zmrzlá zemina se potom chová obdobn jako kvalitní skalní hornina. Za jisté problémy zmrazování se považuje technologická, asová a finan ní náro nost metody. Relativn nejrychleji se zmrazují zvodn lé písky a št rky. Praktická vzdálenost zmrazovacích vrt se udává 0,8 až 1,2 m.

Obr. 10.19: Princip zmrazování cirkulujícím zmrazovacím médiem [F. Klepsatel, 1980]

- 17 (114) -


Obr. 10.20: Zmrazování prost edí u m lce raženého tunelu. Vytvo ení deštníku zmrazené zeminy s povrchu [zdroj: asopis Tunnel – STUVA]

Vhodnost zemin pro zmrazování se posuzuje podle ady kriterií jako je: • • • • •

Pórovitost a nasycení vodou Tepelné vlastnosti (tepelná vodivost apod.) Rychlost proud ní podzemní vody (ta by nem la p ekro it 30 m/den) Mineralizace podzemní vody (mineralizovaná voda h e mrzne) P ítomnosti inženýrských sítí vedoucích teplo (zmrazovat v blízkosti teplovodu by bylo pošetilé…). Jako zmrazovací médium se používá: • •

solanka (tj. roztok NaCl; CaCl2; MgCl2) kapalný N

SOLANKA: Postup zmrazování vychází z principu funkce kompresorové chladni ky (výkonným médiem zde bývá velmi nebezpe ný pavek!! nebo bezpe n jší CO2) Zmrazování solankou je b žn použitelné pro teploty -20°C až -25°C, špi kov -40°C až -45°C Jde o velmi pomalý systém, který musí být v innosti adu týdn až m síc ! KAPALNÝ DUSÍK: Kapalný N má teplotu -196°C. Dopravuje se autocisternami, z kterých se rozvádí potrubím do vrt . Na odvodu z posledního vrtu je teplota cca -70°C a odfuk již plynného N do atmosféry (v podzemí je proto nutné v trání Zmrazování kapalným N má vysokou výkonnost. Souvislá zmrazená st na vznikne již za 30 až 40 hodin Významnou výhodou tohoto ešení je jednoduchost nasazeného za ízení U této metody se udávají relativn vysoké náklady. - 18 (114) -


Fáze zmrazování jsou následující: Aktivní zmrazování (s vytvo ením souvislé ochranné vrstvy) Pasivní zmrazování (s udržováním souvislé ochranné vrstvy) Rozmrazování (bu p irozené nebo um lé) R zné p ípady použití zmrazování jsou uvedeny na obr. 10.21 až 10.24.

Obr. 10.21: Zmrazování p i stavb t íkolejného železni ního tunelu Milchbuck (Zürich, Švýcarsko). Ø výrubu 145 m2, délka 350. Realizováno celkem 11 sekcí délky 30 až 36 m se st ídáním zmrazování a ražby [F. Klepsatel a kol., 1998]

Obr. 10.22: Zmrazování p i stavb tra ového tunelu metra v Essenu (SRN). Ø výrubu 62 m2, délka 302 m. Zmrazování bylo použito jako ochrana p ed nep ípustnými deformacemi nad tunelem (úzká a velmi frekventovaná ulice). Postup ražení: 13,5 m/týden [F. Klepsatel a kol., 1998] - 19 (114) -


Obr. 10.23 a 10.24: Zmrazování p i podchodu silni ního tunelu pod frekventovaným nádražím Farlach (Mannheim [SRN, Bádensko-Wittenbersko]). Délka 184 m; velmi nízké nadloží a frekventované nádraží na povrchu. Zmrazeno 27 tis. m3 zeminy. Byla z ízena zavod ovací štola jen 2,6 m pod kolejišt m; to proto, že h. p. v. je níže než kalota! Stavba trvala 4 roky – dokon eno v r. 1992 [zdroj: asopis Tribune ITA/AITES]

- 20 (114) -

Rozpojování horniny p i ražení

11


Rozpojování horniny p i ražení je možné bu strojn s nasazením r zných mechanism nebo s použitím trhací práce.

11.1 Strojní ražba (ražba TSM) TSM = Tunnel Sequential Machines (angl.) Teilschnittmaschinen (n m.) Nej ast ji se sem adí výložníkové frézy, dále rypadla (tunelbagry) a impaktory. Pohybují se na kolovém, ast ji pak na pásovém podvozku.

11.1.1

Výložníkové frézy

Výložníkové razící frézy jsou odvozeny od stroj pro t žbu nerostných surovin (uhlí, NaCl...). Na výložníku stroje rotuje axiální (obr. 11.1) nebo p í ná (obr. 11.2) ezná hlava kulového, válcového nebo kuželového tvaru osazená rozpojovacími nástroji (zuby, dláty, roubíky, p ípadn kombinací typ ). ezná hlava bývá asto pro omezení prašnosti skráp na vodou. Pod výložníkem mohou být klepetové i diskové naklada e na rubaninu. T mi je rubanina nakládána na p es frézu vedené h eblové naklada e. Moderní typy si rubaninu p ihrnují p ímo rozpojovací frézou. Za TSM mohou být zav šeny pásové dopravníky vynášející rubaninu do v tší vzdálenosti od elby. Dopravníky (h eblový, pásový) plní dopravní prost edky – kolejové vozy, dempry, skláp ky vyvážející vyrubané horniny na povrch.

11.1.2

Rypadla (tunelbabry)

Používají se jak b žná stavební rypadla, tak specializované tunelbagry (obr. 12.3). Ty se vyzna ují p edevším dokonalou kinematikou rozpojovacího nástroje pon vadž musí dokonale obsloužit celý ražený profil. Bagry sou asn nakládají rozpojenou horninu. Standardn je lze vybavit r znými nástroji: lžícemi r zného tvaru a velikosti, impaktorem, p íp. i frézou (obr. 11.5).

11.1.3

Impaktory

Impaktory, neboli t žká bourací kladiva, se používají výhradn jako speciální nástroj nasazený p es adaptér na výložník rypadla i frézy (obr. 11.4, 11.6). Používají se jak k rozpojování horniny (obvykle slabé, vrstevnaté) tak k do iš ování pr ezu (raženého nap . trhavinami), p edevším po vy.

- 21 (114) -


Obr. 11.1: Výložníková razící fréza s axiální eznou hlavou a naklada em [I. Trávníek, 1989]

Obr. 11.2: Výložníková razící fréza s p í nou eznou hlavou [Schaeff]

- 22 (114) -


Obr. 11.3: Univerzální TSM typ ITC fy Schaeff (Švýcarsko) s nasazenou lžící rypadla. Ta slouží sou asn i jako naklada rubaniny. Zvládne dot žení i nakládku [foto V. Horák]

Obr. 11.4: Univerzální TSM typ ITC fy Schaeff (Švýcarsko) s nasazenou lžící rypadla a sou asn i p í nou frézou. Jeden z t chto nástroj m že být alternativn nahrazen impaktorem [Foto V. Horák]

Obr. 11.5: Frézovací adaptér s p í ným pohybem nasazený na výložníku univerzálního rýpadla [zdroj www] - 23 (114) -


Obr. 11.6: Impaktor nasazený na výložníku univerzálního rypadla [Thyssen Krupp]

11.1.4

Výhody TSM Jde o pom rn laciné, nep íliš složité mechanismy Maximální usnadn ní práce Rozpojování horniny je velmi šetrné, s dobrou kontrolou nadvýlom a obvykle bezproblémovým dodržení teoretického výlomu Lze provád t ražbu profil r zného tvaru Možnost vystrojovat výlom až k elb P i frézování vzniká p irozené zaklenutí elby v obou sm rech (obr. 11.7). To je staticky velmi výhodné.

Obr. 11.7: P irozené zaklenutí elby p i jejím frézováním TSM. Zaklenutí je prostorové

11.1.5

Nevýhody TSM: Vhodné jsou jen do m kkých a st edn pevných hornin ( 100?] MPa) Pon kud nižší postupy ražení Bez skráp ní vodou se asto vyvíjí nadm rná prašnost.

- 24 (114) -

c

do 50 [max.


11.2 Trhací práce Trhací práce má mimo ádn významnou úlohu p i ražbách ve skalních i poloskalních horninách. Rozpojování horniny pomocí trhavin má dlouhou tradici. Bylo poprvé použito v Banské Štiavnici hormistrem Kašparem Weindelem na Horní štole Biberov 8.2.1627. VÝBUCH je fyzikální nebo fyzikáln -chemický d j vedoucí k náhlému uvoln ní energie. Bývá provázen prudkým vzr stem tlaku a teploty. P i výbuchu vznikají typické výrazné vedlejší projevy zvukové, tepelné a sv telné. Z ady výbušných p em n (nukleární, el. výboj apod.) je pro rozpojování hornin standardní výbuch chemický (chemická exotermická reakce). Podle rychlosti chemického výbuchu rozeznáváme: Explozivní ho ení, které je pomalejší než je ší ení akustického jevu. Charakteristické je pro st eliviny Detonace, která je rychlejší než je ší ení akustických vln. Její rychlost iní cca 9 000 až 10 000 ms-1. Charakteristická je pro t askaviny a pro trhaviny.

11.2.1

Rozd lení výbušin

Látky, ve kterých je možné vyvolat chemický výbuch se nazývají výbušiny Poznámka:

pozor na astý omyl v názvosloví, kdy jsou tyto látky nesprávn nazývány „výbušninami“!

Výbušiny lze rozd lit na: St eliviny, které slouží jako nápl výmetných složí náboj st elných zbraní T askaviny, to jsou velmi citlivé a výkonné výbušiny reagující na jednoduchý podn t (jako je: t ení, úder, zážeh). Nazývají se výbušiny p ímé. Slouží jako inicia ní (tzv. po inové) k zavedení detonace u trhavin Trhaviny, což jsou málo citlivé výbušiny, pot ebující k iniciaci silný po in realizovaný t askavinou. Nazývají se výbušiny nep ímé. Jde o ZÁKLADNÍ VÝBUŠINY PRO TRHACÍ PRÁCI.

11.2.2

Rozd lení trhavin

Podle místa použití: Povrchové – používají se k trhací práci na otev ených pracovištích (lomy, skalní st ny a zá ezy, trhání konstrukcí) D lní – používají se k trhací práci na uzav ených pracovištích (p i podzemní t žb , v podzemním stavitelství). Vyzna ují se sníženým obsahem škodlivin ve výbuchových zplodinách. Podle použití:

- 25 (114) -


Skalní – používají se v prost edí bez nebezpe í výbušných prach nebo výbušných plyn Protiprachové – používají se v prost edí s nebezpe ím výbušného prachu (uhelného, d ev ného, mou ného…) Protiplynové – používají se v prost edí s nebezpe ím výbušného prachu i výbušných plyn . Podle konzistence: Sypké. Jejich základní složkou je obvykle dusi nan amonný. Vyzna ují se vysokou manipula ní bezpe ností, jsou nemrznoucí. Vyráb jí se p edevším jako povrchové pro t žby. Pro pot ebu t žních prací se dodávají pytlované (30, 50 kg) nebo v polyetylénových i papírových válcích (obchodní název PERMON, …). Dále se vyráb jí i jako skalní d lní v lisovaných náložkách Ø 30 mm/100 g (obchodní název PERMONEX, SYNTHESIT…) Lisované sypké. Jedná se o vojenské ženijní normalizované náloživo (tzv. 100-gramovky, 200-gramovky…) Plastické. Tvárného, t stovitého charakteru. Jsou citliv jší na manipulaci, odolávají vod , vykazují vyšší brizanci i výkonnost. Používají se na povrchu i v podzemí (obchodní zna ky PERMON EXTRA, PERUNIT, SEMTINIT, OSTRAVIT, OBRYSOL…). íslo za obchodním ozna ením udává % nitroester v trhavin . Zvláštní skupina plastických trhavin je ur ena pro speciální práce – tj. p íložné nálože i trhání pod vodou apod. (SEMTEX, INFERNIT...) Poloplastické. Konzistencí i vlastnostmi jde o trhaviny p echodové konzistence Emulzní (tekuté). Obvykle dvousložkové, erpané postupn po složkách do vrt kde dochází k jejich smísení. Jsou velmi bezpe né, moderní a ekonomické (obr. 11.8 a 11.9) erný prach. Jde o manipula n zna n nebezpe nou povrchovou trhavinu se zápornou bilancí O2. Používá se p i výlomu blok horniny pro kamenickou výrobu (obchodní zna ka VESUVIT).

Obr. 11.8 a 11.9: Nabíjecí v z s dvousložkovou emulzní trhavinou. Bázový tunel Gotthard. Linie 1…matrice, Linie 2…zcitlivova (aktivátor) [foto V. Horák]

11.2.3

Rozn covadla a rozn tnice

Rozn covadla slouží k vnesení po inu do trhaviny. Rozd lují se na pomocná a p ímá.

- 26 (114) -


Pomocná rozn covadla: Zápalnice je žíla erného prachu v ochranném obalu s rychlostí ho ení 1 cms-1 (obr. 11.10 vlevo) Bleskovice je žíla výbušné nápln (d íve t askaviny, nyní vysoce výkonné trhaviny) s velmi vysokou detona ní rychlostí (min. 600 ms-1) v ochranném obalu – obr. 11.10 vpravo Elektrické palníky tvo í p echod k rozbuškám. Jde o „polorozbušku“, která po spojení se zážehovou rozbuškou vytvo í el. rozbušku (obr. 11.11).

Obr. 11.10: Konstrukce zápalnice a bleskovice. 1…vodící nit, 2… erný prach zápalnicový, 3…duše bleskovice – trhavina (nap . pentlit), 4…papírový proužek, 5…viskózová páska, 6…první op edení (jutová i bavln ná p íze), 7…druhé op edení, 8…vodot sný povlak (novoplast, PVC) [St elecký magazín 1/2004]

Obr. 11.11: Elektrický palník [St elecký magazín 1/2004]

- 27 (114) -


P ímá rozn covadla: Zážehové rozbušky jsou iniciovány zápalnicí nebo bleskovicí. Na obr. 11.12 jde o dolní polovinu rozbušky, obvykle bez zpož ovací slože. Po skuplování s el. palníkem (obr. 11.11) vznikne el. rozbuška Elektrické rozbušky mohou být bu mžikové nebo asované. Mžikové rozbušky postrádají zpož ovací slož, takže p sobí okamžit (bez zpožd ní). asované rozbušky jsou vybaveny zpož ovací složí, kterou se ur uje stupe jejich zpožd ní – obr. 11.12. Standardn se pro trhací práci používají milisekundové rozbušky se zpožd ním 5 až 1 000 ms (s intervalem mezi stupni max. 100 ms). V R se vyráb jí asované rozbušky DeM, DeM30, DeR, DeD, DeP (podle typu a intervalu zpožd ní) s intervalem mezi stupni asování > 100 ms. Stupe asování se ozna uje p ímo na p ívodních vodi ích rozbušky.

Obr. 11.12: asovaná rozbuška [St elecký magazín 1/2004]

Rozn tnice vyvolávají elektrický impuls nutný k aktivaci elektrických rozn covadel. Používají se rozn tnice: Dynamoelektrické (s dynamem) Kondenzátorové (kondenzátor nabíjený induktorem) Bateriové.

- 28 (114) -


V podzemním stavitelství je dnes nej ast ji používaný elektrický rozn t. Jeho moderní variantou je rozn t elektronický používající speciální, elektronické, p esn asované rozbušky s vysokou bezpe ností a spolehlivostí. Ty jsou však zatím p íliš drahé. Renesanci zaznamenává rovn ž rozn t bleskovicový – obr. 11.13, zvlášt ve spojení s emulzními trhavinami.

Obr. 11.13: Bleskovicový rozn t. Z etelné jsou stopy po ho ení bleskovic a iniciaci ty zálom . V p ístropí výrubu jsou patrné stopy po obrysových vrtech [Dyno Nobel]

11.2.4

Zálom a vrtné schéma

Obvyklým postupem trhacích prací p i výlomu profilu podzemní stavby je vrtání a odst el do tzv. zálomu, po kterém následuje postupná p ibírka profilu. Zálom i p ibírka jsou umožn ny asováním (zpož ováním) odst elu (obr. 11.14). Zálom je umíst n obvykle ve st ední ást profilu. Je vrtaný zavedeným zp sobem a odst elovaný v první fázi trhání. Zálomy mohou být klínové (svislý, vodorovný, šikmý, násobný), v jí ový, pyramidový, kuželový, válcový etc. – obr. 11.15. Uvoln ní zálomu umož uje postupné ízené vytvá ení výlomu jeho p ibíráním sm rem k obvodu, který je odst elován v kone né fázi trhání. Funkce zálomu p i ražb trhavinami je z ejmá z obr. 11.16.

- 29 (114) -


Obr. 11.14: Oblasti nabíjení a odst elu [D. Kolymbas, 1998]

Obr. 11.15: Základní šikmé zálomy [D. Kolymbas, 1998]

Obr. 11.16: Vrtné schéma a funkce zálomu p i ražb trhavinami [J. Barták – M. Bucek, 1989]

Ob as se používá i bezzálomový zp sob ražení trhavinami. U n j jsou vrty rozmíst ny po ele pravideln a jsou rovnob žné (pouze obrysové vrty se lehce odklán jí), dále jsou kolmé na elbu a stejn dlouhé – obr. 11.17.

- 30 (114) -


Obr. 11.17: Vrtné schéma a funkce trhání p i bezzálomové ražb trhavinami [J. Barták – M. Bucek, 1989]

11.2.5

ízený výlom

ízený (také nazývaný hladký) výlom je vždy zálomový. Obrysové vrty ve strop jsou zhušt ny, nabíjejí se slabší náloží a jsou st ídány vrty nenabitými (tzv. perfora ními). Plocha výrubu se odpaluje jedním stupn m sou asn a naposledy. Pat i né zpožd ní p i iniciaci náloží je umožn no asováním rozbušek – obr. 11.18.

- 31 (114) -


Obr. 11.18: Metoda hladkého výlomu. Vrtné schéma. Použit je bo ní klínový zálom, z ejmé jsou nabité a perfora ní vrty. íslo zna í po adí odpálení nálože umožn né zpožd ním ( asováním) rozbušky [J. Barták – M. Bucek, 1989]

Pressplit (p edštípnutí) má geometricky podobné vrtné schéma jako ízený výlom. V nejnižším stupni se naopak odpálí nabité obrysové vrty. Mezi nimi a vrty perfora ními se p edštípne trhlina omezující ú inky odpálení vnit ních náloží na líc výrubu. Tento postup se používá p evážn pro hloubení jam a záez (nap . u dopravních staveb). Trhací práce by m ly zaru it projektovaný profil bez nadm rných nadvýlom , nem ly by ovlivnit kvalitu masívu do v tší hloubky (p ípustné je max.max. 0,3 až 0,5 m) a m ly by dát rubaninu vhodné granulace. Ideální zrno rubaniny je 10/20 cm, a to pro dobrou manipulaci a její p ípadné další zpracování. Další využití rubaniny (pro násypy, zásypy, podsypy, jako kameniva apod.) je maximáln žádoucí. Toto další využití m že velmi p ízniv ovlivnit ekonomiku stavby.

11.2.6

Pracovní cyklus razící práce s použitím trhavin

Viz Vrtání a odst el (odstavec 9.2.1). Jde o typický cyklický postup prací: 1. vrtání 2. nabíjení a p íprava sít 3. odst el (s po ítáním ran) 4. ekací (bezpe nostní) doba a v trání (min. 15 min.) 5. prohlídka ela a stropu [p ípadný dost el neiniciovaných náloží, tzv. „selhávek“; dojde-li k tomu, tak potom se musí opakovat p edchozí bod], odstran ní uvoln ných ástí horniny náchylných k odpadnutí (tzv. „obrání“ neboli o išt ní profilu) 6. nakládání a odvoz rubaniny (= vyklizení profilu) 7. vystrojení díla primární výstrojí (nebo její ástí). Ad 6. a 7. m že za jistých okolností splynout 8. prodloužení sítí a vedení (tj. vody, stla eného vzduchu, v trání, kolejí, el. proudu). Poznámka:

Je ideální, pokud je jeden cyklus zvládnut v jedné sm n .

11.2.7

Vrtání

Vrtání (p edevším pro trhací práce, ale i pro další operace v podzemním stavitelství – nap . pro kotvení, jehlování i odvodn ní) bylo dlouho považováno za mimo ádn obtížnou innost. Pomineme-li skute né ru ní vrtání v d evních dobách, potom dlouhá léta byly k dispozici pouze pneumaticky pohán né vrta ky na rozp rách (dnes už prakticky nepoužívané) i lehká vrtací kladiva na pneumatické vzp e – obr. 11.19. Ta se dosud používají, p edevším p i malém rozsahu vrtných prací resp. v malých profilech. Jde o ru ní ná adí u kterého je (d íve) pracný p ítlak ná adí na elbu vrtu realizován pomocí pneumatické vzp ry. Z pohledu technologie se jedná o rota ní p íklepové vrtání (s 1 500 až 1 800 p íklep /min.) dutou vrtnou ty í („bórem“) s nasazenou jednob itou i ast ji k ížovou korunkou s intenzivním vyplachováním vrtu vodou. Vrtání nasucho s vyfukováním vrtné drti vzduchem je - 32 (114) -


v podzemí zcela nep ípustné! Spot eba vzduchu iní p i vrtání cca 1,5 m3 stlaeného vzduchu/min/1 kladivo. Stla ený vzduch je dodáván potrubím k elb (až k vlastnímu kladivu hadicemi) z kompresorovny, která je sou ástí za ízení staveništ na povrchu. Obsluze kladiva (s jedním kladivem pracuje vždy jeden razi ) hrozí p i astém používání tohoto ná adí nezanedbatelná hygienická rizika. Vibrace mohou zp sobit vážné onemocn ní kloub rukou – vazoneurózu.

Obr. 11.19: Lehké vrtací kladivo na pneumatické vzp e [F. Klepsatel, 1980]

S ohledem na relativn nízké výkony ru ního vrtání a s ohledem na hrozící hygienická rizika jsou dnes vždy, když je to možné, nasazována pro vrtání t žká vrtací kladiva na vrtných vozech (tzv. Jumbo). Vrtné vozy disponují jednou až t emi lafetami. Vrtají s nižší frekvencí a vyšším p ítlakem, s intenzívním výplachem vodou. Vrtání se vyzna uje velmi vysokými výkony se soub žným vrtáním více vrt sou asn jak pro odst el, tak i pro kotvení. Každá z lafet m že pracovat zcela autonomn . Standardní výbavou moderních vrtných voz je palubní po íta do kterého lze naprogramovat vrtné schéma. Vozy bývají standardn vybaveny zdvižnou plošinou, která zjednodušuje pracovní operace p i kotvení, nabíjení vrt , jehlování apod. Pohon vrtných voz m že být bu elektrický nebo vzn tovým motorem, pohon jednotlivých agregát stroje je výlu n hydraulický. P íklady vrtných voz jsou na obr. 11.20 až 11.22.

11.20: Jumbo. Tunel Panenská (D8) [foto V. Horák]

- 33 (114) -


11.21: Vrtný v z [Atlas Copco]

11.22: Jumbo. Bázový tunel Sv. Gotthard [foto V. Horák]

- 34 (114) -

Manipulace s rubaninou

12 Manipulace s rubaninou 12.1 Nakládání rubaniny Nakládání bylo považováno a v menších profilech do jisté míry ješt stále je považováno za nejpracn jší operaci p i ražení. Rychlost výklizu je p itom rozhodující vzhledem k možnosti vestavovat primární výstroj (to je nesmírn d ležité p edevším p i NRTM – viz). Pohon nakládacích prost edk m že být: • Pneumatický • Elektrický • Diesel (vzn tový motor). Pro nakládání rubaniny se potom používá celá ada mechanism . Pneumatický lopatový naklada P i nasazení pneumatického lopatového naklada e (obr. 12.1 a 12.2) se rubanina nabírá do lžíce pojezdem celého stroje do rozvalu a poté nakládá do p istaveného dopravního prost edku (obvykle d lního kolejového vozu) p ehozením „p es hlavu“. Naklada m že pracovat i v úzkých výrubech s minimální výškou (podle konkrétního typu) 1,90 až 2,30 m. Pneumatický naklada se pohybuje po vlastní výsuvné koleji. Teoretický výkon takového stroje iní až 35 m3 naložené rubaniny za hodinu, spot eba vzduchu iní 5 m3/min.

Obr. 12.1: Pneumatický lopatový naklada na d lní koleji [foto V. Horák] Obr. 12.2: Pneumatický lopatový naklada a jeho funkce nakládání „p es hlavu“ [I. Trávní ek, 1989]

Lopatové naklada e Lopatové naklada e na pásovém i kolovém podvozku jsou v zásad totožné s b žnými stavebními stroji používanými i na povrchu. Jako lopatový naklada m že posloužit i tunelbagr (obr. 12.3 vlevo). Zvláštním prvkem stroje pro nasazení v podzemí m že být st ední kloub vložený do šasí, který umož uje lepší funkci ve stísn ném prost edí. Stroje musí být vybaveny sv telnou a akustickou signalizací pro zvýšení bezpe nosti práce – obr. 12.3. - 35 (114) -


Obr. 12.3: Lopatové naklada e na pásovém podvozku [F. Klepsatel a kol., 2003]

Dopravníkové (p epravníkové) naklada e Dopravníkové naklada e jsou specializované stroje p vodn ur ené pro nasazení v podzemní t žb nerost . Pohybují se na kolovém podvozku, disponují lopatou o vysokém obsahu (až 5 m3). Rubaninu mohou nejen nakládat, ale i transportovat na vzdálenost až n kolik set m, rychlostí cca 20 až 30 km/hod. Strojník asto sedí v dopravníkovém naklada i nap í – tím je zaru en jeho sou asný výhled jak vp ed tak i vzad.

Obr. 12.4: Dopravníkový (lopatový) naklada [F. Klepsatel a kol., 2003]

Obr. 12.5: Dopravníkový naklada pro nízké profily s velkoobjemovou lopatou (lžící) [zdroj: www] - 36 (114) -


Ramenové naklada e kombinované s pásovým nebo h eblovým dopravníkem (obr. 12.6) V R jde o pom rn neobvyklé mechanismy Klepetové a diskové naklada e které jsou ve spojení s h eblovým naklada em asto používané u sofistikovan jších TSM Škrabáky na lanovém vrátku se používají v místech t žko p ístupných pro jiné stroje, asto v malých nebo ve velmi malých profilech.

Obr. 12.6: Ramenový naklada Häggloader [F. Klepsatel a kol., 1998]

12.2 Odvoz rubaniny Rubaninu lze vyvážet: • • •

Kolejovou dopravou Bezkolejovou kolovou dopravou Pásovými dopravníky.

Rubanina se na povrch vyváží: • Ústím (portálem) nap . na „bo ní odval“ (obr. 12.14) • Šachtou s t žní v ží (p i doprav d lními kolejovými vozy).

Obr. 12.14: Vykládání rubaniny z d lních i samovykláp cích voz na mezideponii (tzv. bo ní odval) [D. Kolymbas, 1998] - 37 (114) -


12.2.1

Kolejová doprava

Doprava po klejích se používá u štol malého pr ezu a v tší až velké délky, u menších profil tunel , u TBM a u štít . Rozchod kolejí bývá 600 až 1 435 mm, standardem je rozchod menší. Rubanina je vyvážena d lními vozy s obsahem do 1 m3. Vozy jsou tažené el. akumulátorovou lokomotivou nebo (na menší vzdálenosti nebo p i v tších spádech) vrátkem. Vyhýbání plných a prázdných voz p i jedné koleji ve štole je provád no zdvoukolejn ním z ízením výhybny. Výhybna se z izuje bu v ½ délky díla, p íp. po každém cca 1 km trasy. Další možnosti jak vým ny plných voz za prázdné t sn u elby a u štol malého profilu jsou uvedeny na obr. 12.7.

Obr. 12.7: Zp soby vým ny plných voz za prázdné ve štolách malého profilu [F. Klepsatel, 1980]

Zvláštním typem mechanizace pro vyvážení rubaniny jsou samovykláp cí vozy. Jde o kolejové vozy bez el, podle pot eby t sn sp ažené do vlaku (obr. 12.8 a 12.9). Jejich dno tvo í posuvný h eblový dopravník. První v z je nakládací, s násypkou. Rubanina je z násypky (resp. z prvního vozu) postupn posouvána dopravníkem až do naložení celého vozu (resp. vlaku). Vozy jsou taženy akumulátorovou lokomotiva z díla ven nad odval, kde jsou vyprázdn ny h eblovým dopravníkem p es elo posledního (vykládacího) vozu – obr. 12.9 a 12.10. H eblový dopravník je pohán n pneumaticky.

- 38 (114) -


Obr. 12.8: Samovykláp cí v z. Dole dva samovykláp cí vozy sp ažené do vlaku [Hägglund]

Obr. 12.9: Samovykláp cí v z fy Hägglund za akumulátorovou lokomotivou. Tunel Dobrovského v Brn . V pop edí rota ní výklopník vozík s rubaninou nad skipovací jámou [foto V. Horák]

Obr. 12.10: Vyprazd ování samovykláp cích voz eln na odval [Hägglund]

- 39 (114) -


12.2.2

Bezkolejová kolová doprava

Z podpovrchové t žby nerost jsou odvozeny speciální nízkoprofilové výklopné d lní vozy. Obdobn jako u dopravníkových naklada v nich asto strojník sedí p í n pro zajišt ní výhledu vp ed i vzad. Velice asto bývá šasí t chto voz pro vyšší mobilitu opat eno kloubem. Standardem na stavbách tunel jsou v sou asnosti speciální, vysoce výkonné skipovací vozy (obr. 12.11 a 12.12) i dempry. Velmi asto (v R spíše pravideln ) se používají i b žné terénní nákladní skláp cí vozy jako u b žných zemních prací na povrchu. Vyžadují však lepší jízdní povrch. Na stavb se pohybují rychlostí do 50 km/hod, p ekonají stoupání do cca 7 %, min. polom r jejich zatá ení je r 15 m, pro vyhnutí vyžadují minimální ší ku raženého profilu 7 až 8 m. Vykazují vysokou spot eba erstvého vzduchu – v z s výkonem 300 HP spot ebuje až 2 000 m3 erstvého vzduchu/min!

Obr. 12.11 a 12.12: Dvou- a t ínápravový skipovací v z Volvo. D8 – tunel Panenská [foto V. Horák]

- 40 (114) -


P i využití trhací práce se jeví nasazení bezkolejové dopravy patrn jako výhodn jší. Je sice energeticky náro n jší než kolejová, obejde se však bez instalace kolejí a je tedy flexibiln jší. Ražení TBM se naopak bez kolejové dopravy neobejde. P íklady možného nasazení r zných typ vrtací, nakládací a dopravní techniky v závislosti na minimální velikosti p í ného profilu raženého díla jsou uvedeny na obr. 12.13.

Obr. 12.13: P íklady možného nasazení r zných typ vrtací, nakládací a dopravní techniky v závislosti na minimální velikosti p í ného profilu raženého díla [Atlas Copco]

12.2.3

Pásové dopravníky

Pásové dopravníky se používají p edevším p i nasazení TBM (uvnit stroje a v jeho náv su) a v n kterých p ípadech i u TSM. Další oblast nasazení pásových dopravník je u velmi dlouhých bázových tunel . Jinak je jejich použití v b žném podzemním stavitelství pom rn výjime né.

- 41 (114) -


13 Hloubení šachet a komín Šachta je svislý nebo šikmý (úklonný) objekt u kterého p evládá hloubka. Odklon šachty od svislice iní 60°až 90°. Podle SN 73 7501 (ne zcela vhodn ) jde o dílo u n jž p evládá délka a je odklon no od vodorovné o úhel > 45°. Podle životnosti se šachty rozd lují na: • •

Do asné pro p ístup s povrchu a komunikaci s podzemním pracovišt m b hem stavby Trvalé (definitivní) pro p ístup s povrchu b hem provozu díla, pro únik a v trání, dále p ivád jící a odvád jící inženýrské sít b hem provozu apod. Definitivní šachty standardn mívají sdruženou funkci.

P í ný pr ez šachet bývá nej ast ji kruhový, a to pro statickou výhodnost. Dispozi n výhodn jší však mohou být pr ezy tvercové, obdélníkové i elipsovité (oválné) – obr. 13.1. U pravoúhlých pr ez mohou nastat potíže s navrhováním p i vykrývání vysokých statických moment v rozích p í ného rámu.

Obr. 13.1: Nej ast jší pr ezy šachet a komín

Odd lení šachty z pohledu jejího používání jsou vykreslena na obr. 13.2.

Obr. 13.2: Odd lení šachty z pohledu jejího používání v dob provád ní podzemní stavby. N která odd lení (lezné a instala ní) bývají zachována i u definitivních šachet [J. Barták – M. Bucek, 1989]

- 42 (114) -

Hloubení šachet a komín

Konstruk ní ásti šachty vyplývají z obr. 13.3.

Obr. 13.3: Konstruk ní ásti šachty [J. Barták – M. Bucek, 1989]

13.1 Zp soby výstavby šachet 13.1.1

Klasickým šachtováním (shora dol )

Výstavba šachet klasickým šachtováním (shora dol ) m že probíhat: • •

Odshora na celou hloubku šachty až dol k nárazišti, bez provizorního (primárního) ost ní i s ním, a poté s následným vybetonováním celého definitivního (sekundárního) ost ní šachty Hloubením postupn na ur itý úsek (po pasech) s provizorní (primární) výstrojí a vždy následn se z ízením definitivní (sekundární) obezdívky op t po pasech do zazubeného v nce

- 43 (114) -


•

Šachtováním s okamžitým z izováním definitivního monolitického ost ní i výstavbou ost ní z prefa-dílc v ploché šroubovici. Takovéto definitivní ost ní se provádí se zazubeným v ncem po cca 5 m výšky (hloubky) šachty. P ípadné prefa-dílce (tvárnice) jsou charakteristického tvaru – obr. 13.14. ozub osazovaný do hory

líc tvarovky tvo ící líc šachty Obr. 13.4: Tvárnice pro vyzdívání definitivního ost ní šachty sestupn v ploché šroubovici

Výstavba klasickým šachtováním se d je obvykle pomocí r zných drapák (obr. 13.5) a nasazením standardní mechanizace pro rozpojování hornin p íp. i s použitím trhací práce.

Obr. 13.5: Drapákový naklada pro hloubení šikmých d l do sklonu 55° [F. Klepsatel, 1980]

13.1.2

Zespodu nahoru trhací prací

Zespodu nahoru (ze spodního patra nebo spodního tunelu) na povrch (resp. do horního patra). Metoda se provádí nasazením vrtné plošiny Alimak (obr. 13.6 a 13.7). Vrtací plošina vyjíždí do komína ( i budoucí šachty) ze spodní pozice. K pohybu využívá šplhací cévové trouby, ve které je integrováno vedení pohonných médií: vody, stla eného vzduchu a elektrického proudu. Po dosažení p ístropí osádka vystoupí z klece, vyjme zde vezená vrtací kladiva, p ipojí se na média, navrtá podle vrtného schématu elbu komína, nabije vrty a p ipojí vedení. Poté sestoupí s kladivy do klece a sjede do úkrytu pod ohyb komína. Provede se odpal po kterém rubanina padá gravitací na po vu spodního patra (tunelu). Zde je poté naložena a vyvezena. Po vyv trání komína se práce cyklicky opakuje v dalším záb ru.

- 44 (114) -


Obr. 13.6: Vrtací (výtahová) plošina Alimak [D. Kolymbas, 1998]

Obr. 13.7: Vrtací plošina Alimak [Linden - Alimak]

- 45 (114) -


13.1.3

Zespodu nahoru vrtáním

Šachta i komín se vrtá s povrchu nebo z horního patra ve více krocích, s použitím pilotního vrtu – obr. 13.8 až 13.10. Pilotní vrt je proveden malým Ø shora. Po jeho realizaci se na vrtné souty í p ipevní rota ní vrtací hlava velkého Ø a jejím postupným p itahováním s odebíráním vrtných ty í je zhotovena šachta v definitivním pr ezu (nebo sypací otvor pro rozvrtanou horninu pro další fáze vrtání). Vrtná hlava bývá obvykle opat ena rota ními diskovými dláty obdobn jako TBM. Rozvrtaná hornina op t padá gravitací na po vu dolního patra, tam je nakládána a vyvážena na povrch.

Obr. 13.8: Vrtání šachty (komína) s pilotním vrtem ve dvou fázích. Pilotní vrt (vlevo). Šachta (vpravo) [D. Kolymbas, 1998]

Obr. 13.9: Vrtání šachty s pilotním vrtem [Skanska]

- 46 (114) -


Obr. 13.10: Vrtání šachty s pilotním vrtem ve t ech postupných fázích. Souprava fy Robbins. 1. fází je vyhloubení pilotního vrtu Ø 3,27 cm shora dol , 2. fází je provedení sypacího vrtu Ø 1,83 m zdola nahoru, 3. fází je vrtání definitivního profilu šachty Ø 5,95 m shora dol [Robbins]

13.1.4 Definitivní ost ní je provád no s hloubením, p ípadn v p edstihu p ed hloubením

sou asn

Používají se standardn metody speciálního zakládání (viz výukový kurz „Zakládání staveb“): Podzemní i št tové st ny St ny z velkopr m rových pilot St ny ze sloupc tryskové injektáže Spoušt né studny (obr. 13.11) Kesony.

Obr. 13.11: Šachta jako spoušt ná studna [J. Barták – M. Bucek, 1989]

- 47 (114) -


14. Vystrojování štol a tunel 14.1 Zavedené prostorové uspo ádání štoly (tzn. subhorizontáního nebo úklonného liniového díla o pr ezu max. 16 m2) je vykresleno s p ihlédnutím k jejím minimálním rozm r m na obr. 14.1.

Obr. 14.1

Minimální rozm ry štoly, odvozené z rozm r pro mechanizaci a dopravu [J. Barták – M. Bucek, 1989]

14.2 Provizorní vystrojení (primární obezdívka nebo také do asná obezdívka) Pro provizorní vystrojení – tedy primární obezdívku nebo též do asnou obezdívku – umož ující prorážku podzemního díla jsou použitelné následn uvedené typy výstroje:

14.2.1

D evo

Vystrojování d evem je v sou asné dob již považováno za p ekonané. Když se použije, tak nejvýše u kratších štol, nebo ast ji pro vzmáhání poruch a havárií. Základním prvkem d ev né výstroje je p í ný rám – tzv. ve ej, postavený kolmo na podélnou osu štoly. Nejobvyklejší ve ejí je lichob žník dole otev ený. A proto, že jsou u n j uzav eny 3 ze 4 stran výrubu používá se ozna ení ¾ ve ej (obr. 14.2). Ve ej v tomto p ípad sestává ze 2 stojek a 1 p í ného horního nosníku (tzv. podvoje). ¾ ve ej lze podle pot eby uzav ít v po v p í ným

- 48 (114) -

Vystrojování štol a tunel

prahem (a vznikne tak 4/4 ve ej). Dosti z ídka se lze setkat i s p í ným rámem složit jšího pr ezu, tzv. krokvovým (obr. 14.2). Veškeré d ev né prvky mimo pažin bývají z kulatiny. Hran né d evo by nem lo být na výstroj podzemní stavby používáno. Je to neekonomické. Strop štoly je zapažen zátažným nebo hnaným pažením. Boky štoly jsou (u stabilní horniny) nepažené nebo (podle pot eby, ím mén stabilní hornina, tím hust ji) zakryty pažením p íložným, zátažným nebo i hnaným. Zatahování nebo vyjímání pažin je umožn no použitím odstavnic a klín . Dodate né zesílení ve eje se d je vestav ním podvlaku (obr. 14.3).

Obr. 14.2: D ev ná výstroj štoly ve ejová a krokvová [D. Kolymbas, 1998]

Obr. 14.3: D ev ná t í tvrte ní ve ej se zátažným pažením vyztužená podvlakem [J. Barták – M. Bucek, 1989]

Obr. 14.4: D ev ná výstroj štoly s ¾ ve ejí [zdroj www] - 49 (114) -


14.2.2 D lní ocelová (poddajná) K-výztuž, tzv. korýtková (také hovorov i archaicky TH, V, „zvonek“, „Hajcman“ apod.) D lní korýtková výztuž se válcuje i válcovala v t ídách K17, K19, K24, K27 i vyšších, kde íslo znamená hmotnost 1 bm této výztuže. Vyzna uje se mimo jiné tím, že statické pr ezové charakteristiky jsou v obou osách stejné (Wx = Wy). V originále se tato výztuž spojuje t ecím spojem tvo eným p esahem korýtek se spojkou + t menem (viz obr. 14.5 a 14.6) chránícím pr ez ražení p ed destrukcí zplastizováním proklouznutím ocelového výztužného profilu p i velkých horninových tlacích. Ustoupení horninovému tlaku vede totiž k výraznému snížení tlaku, p i emž výstroj z stává (ovšem za cenu zmenšení pr ezu díla) stabilní. To je nesmírn významná vlastnost výztuhy, a to p edevším v hornictví surovin realizovaném ve velkých hloubkách. V inženýrském stavitelství není zm na profilu obvykle žádoucí. Proto se asto používají pro znehybn ní spoje K-výztuže zarážky a svary – obr. 14.7. Pouze v p ípad mimo ádn vysokých horninových tlak je nezbytné nasazovat tuto výstroj s funk ními t ecími spoji s tím, že se razí profil v tšího pr ezu a postupným uzamykáním t ecích spoj (jejich brzd ním) je horninový tlak zvládnut. Tento systém je (v kombinaci s ostatními prvky výstroje) používán p i výstavb n kterých úsek bázového tunelu Gotthard. V takovém p ípad ovšem musí být realizován jen kruhový profil (obr. 14.8).

Obr. 14.5: T ecí spoj (t men a spojka) korýtkové výztuže [foto V. Horák]

Obr. 14.6: ty dílný poddajný normalizovaný kruhový rám z K-profil a detail t ecího spojení jednotlivých ástí rámu - 50 (114) -


Obr. 14.7: Pevné spoje K-výstroje. Spojení na p írubové desky (naho e) a znehybn ní t menového spojení svarem (dole) [Heintzmann]

Obr. 14.8: Schéma funkce ízen deformovatelné ocelové výstroje s kluznými spoji. Tento systém je použit na stavb Gotthardského bázového tunelu [L. R. Gruber, 2005]

P vodn bylo korýtko osazováno sm rem k hornin . Vytvá elo tak volnou prostoru a asto i drén po výšce pr ezu podzemní stavby. Z toho vyplývala rychlá koroze ocelového profilu. Proto se dnes b žn staví K-profil opa n s korýtkem dovnit pr ezu díla.

- 51 (114) -


Z K-profil lze skládat normalizované i nenormalizované pr ezy. P íklady takových pr ez jsou na obr. 14.6 a 14.9 až 14.12.

Obr. 14.9 a 14.10. Lichob žníková ocelová poddajná výztuž z K-profil

Obr. 14.11 a 14.12: T ídílná oblouková ocelová poddajná výztuž z K-profil

V podélném sm ru je stabilita rám z K-profil zajišt na táhly a rozpínkami. Podélná vzdálenost rám i oblouk bývá obvykle 1 m. Podle pot eby lze výztuž stav t i hust ji (0,75; 0,5 m), zcela extrémn až na sraz.

14.2.3

Pažiny

Pažiny zamezují pronikání úlomk stavby. Mohou být: • • •

horniny do sv tlého pr ezu podzemní

D ev né (desky, krajiny, p lkulatina, kulatina). P ed betonáží je nutné je odstranit; tato operace bývá standardn velmi problematická Ocelová sva ovaná m ížovina (KARI-sí ) nebo „Bernold systém“ (prolamované plechy i jiné prvky) Ocelové pažiny UNION – používají se úpalky pot ebné délky (pr ez Union je na obr. 14.13)

- 52 (114) -


•

Železobetonové prefabrikované pažiny. Jde o prvky p vodn používané v hornictví. Jsou vyrobeny z B25 v pr ezu 5x15 cm, délky 70 cm (s hmotností à 13 kg) – ur ené pro vzdálenost K-ve ejí 0,5 m a 120 cm (s hmotností à 23 kg) – ur ené pro vzdálenost K-ve ejí 1 m.

Obr. 14.13: Ocelové pažiny UNION. Rozm ry pr ezu

14.2.4

Ocelová výstroj ze standardních válcovaných profil (I, U, H, HE, HEB, trubky)

Jako materiál pro výstroj se používají jakékoliv vhodné standardní válcované profily. To proto, že mají obvykle výhodn jší pr ezové charakteristiky než pom rn nehospodárný Ø K. Platí to p edevším pro výkonné pr ezy H, HE a HEB (ten je považován za v bec nejúnosn jší pr ez. Trubky se používají výhradn pro stojky výstroje u štol s výstrojí z válcovaných Ø (obr. 14.15).

Obr. 14.14: N které ocelové pr ezy použitelné pro výstroj štol a tunel [Heintzmann]

Obr. 14.15: Výstroj štoly postavená z válcovaných profil [J. Barták – M. Bucek, 1989]

- 53 (114) -


14.2.5

Ocelová výstroj z p íhradových profil

Tyto profily jsou v R známy pod r zným obchodním ozna ením (nap . Bretex, Pantex, Asta etc.…). Pr ez je sestaven z nosných prut (obvykle 3 nebo 4, pouze n které nestaticky p sobící profily mají jen 2) spojených vlnovcem nebo t meny (obr. 14.16). P íhradová výztuž šet í výrazn ocel a je staticky i konstruk n výhodná tím, že se stává prost íkáním betonem integrální sou ástí obezdívky. Prvky jsou relativn lehké, takže se s nimi snadn ji manipuluje. Spojují se t menem (obr. 14.17) nebo ast ji sešroubováním sty ných (p írubových) desek (obr. 14.18). Prakticky jedinou nevýhodou t chto profil je nižší únosnost (a tuhost) než u ocelových plnost nných profil .

Obr. 14.16: P íklady t í- a ty prvkové p íhradové výstroje [Heintzmann]

Obr. 14.17: Spojování p íhradoviny t menem [foto V. Horák]

- 54 (114) -


Obr. 14.18: Ocelové výztužné t íprvkové p íhradové oblouky spojované na sty né desky (p íruby). Detail. Tunel Panenská [foto V. Horák]

14.2.6

Ocelová výstroj „Stern“

Ocelový profil pro vystrojování výrub „Stern“ (= Hv zda) fy Heintzmann je kompromisem mezi K-profilem a t íprvkovou p íhradovinou (obr. 14.19). Vyzna uje se vysokou únosností a menší spot ebou oceli za sou asné možnosti velmi dobrého zakrytí (zast íkání) betonem. Na pom ry R je zna ným negativem vysoká cena tohoto materiálu.

Obr. 14.19: Ocelový válcovaný d lní profil „Stern“ [Heintzmann] - 55 (114) -


14.2.7

St íkaný beton

St íkaný beton = (angl.) Gunite

(= st íkaná malta), podle patentu fy Cement-Gun Comp. (USA) z r. 1907. Jde o termín považovaný za zastaralý

Shotcrete ješt nedávno standardní termín Sprayed concrete moderní, sou asný termín (n m.) r Spritzbeton St íkaný beton používaný v podzemním stavitelství je aplikován: • Suchou metodou (obr. 14.20) • Mokrou metodou (obr. 14.21). M že být použit jako prostý i jako vyztužený s tuhou i standardní vázanou nebo sva ovanou armaturou. Zcela nej ast ji však bývá vyztužován sva ovanou m ížovinou (KARI sítí). Nejnov ji je potom možné vyztužovat st íkaný beton i rozptýlenou výztuží (= drátkobeton, vláknobeton). R zné typy rozptýlené výztuže jsou z ejmé z obr. 14.22.

Obr. 14.20: Aplikace SB suchou cestou pomocí stroje na st íkaný beton (SSB) [Meyco]

Obr. 14.21: Manipulátor pro aplikaci SB mokrou cestou [Meyco] - 56 (114) -


Obr. 14.22: N které typy vláken pro vyztužování st íkaného betonu [Meyco]

Typické pro aplikaci st íkaných beton v podzemním stavitelství je urychlení nár stu jejich pevnosti. Grafy ilustrující p sobení r zných urychlova jsou uvedeny na obr. 14.22 a 14.23.

Obr. 14.23: Nár st pevnosti SB s asem p i použití urychlova e Torganit L-02 a vodního skla [Metrostav]

Pro správný postup p i provád ní st íkaných beton v podzemním stavitelství zpracovala Pracovní skupina TuK ITA/AITES pro st íkaný beton „Zásady pro používání st íkaného betonu“ (viz www.ita-aites.cz/files/SB_zasady.pdf ). Byly rovn ž vypracovány postupy pro „Personální certifikaci nast íkáva SB“ a v sou asné dob jsou zpracovávány „Zásady navrhování konstrukcí podzemních staveb provád ných ze SB“.

- 57 (114) -


Obr. 14.23 a 14.24: Nár st pevnosti SB s asem p i použití r zných urychlova fy MBT (Švýcarsko). Okamžitý nár st pevnosti (naho e), dlouhodobý nár st pevnosti (dole) [Meyco]

14.2.8

Svorníky, h ebíky, kotvy

Používají se svorníky, h ebíky i kotvy prakticky všech typ (viz kurzy p edm t „Mechanika hornin“ a „Zakládání staveb“). P ednost se v sou asnosti obvykle dává prvk m levným a lehce resp. rychle instalovatelným (nap . HUS – hydraulicky upínané svorníky typu Swellex, kotvy a h ebíky kotvené do cementových sm sí erpaných do vrtu, kompozitové svorníky lepené ampulemi).

- 58 (114) -


14.3 Definitivní vystrojení (sekundární obezdívka nebo také trvalá obezdívka) Pro definitivní vystrojení (= sekundární obezdívku) umož ující provozování díla po celou dobu jeho životnosti se používají obezdívky z následujících materiál : • • • •

Monolitický beton nebo železobeton do standardního nebo lépe do posuvného (teleskopického) bedn ní) St íkaný beton Svorníky, h ebíky, kotvy (samostatn spíše výjime n , ast ji v kombinaci s betonem nebo SB) Železobetonové prefabrikáty, ocelolitina, litina (u prstencové metody, erektorové ražby, štítování p íp. n kterých ražeb TBM).

- 59 (114) -


15. M lké podzemní stavby Jedná se o podzemní stavby budované s povrchu, p i povrchu p ípadn i na povrchu. Jako takové jsou umíst ny do menších hloubek – tj. do cca 15 až nejvýše 20 m pod povrch. Jedná se v naprosté v tšin o stavby liniové, standardn z izované p edevším ve m stech p i p evád ní dopravy pod úrove terénu (pro automobily, tramvaje, Metro, cyklisty i p ší). V sou asnosti jsou však aktuální i v extravilánu na trasách rychlé železnice, silnic a dálnic jako environmentální – tj. tzv. biokoridory pro živo ichy a rostliny a pro ochranu životního prost edí p ed negativními vlivy dopravy: hlukem, prachem a exhalacemi. ist biokoridorové tunely jsou n kdy nazývány ekodukty. Jako m lké tunely jsou standardn budovány i p íportálové úseky b žných tunel ražených v úsecích s malým nadložím. M lké tunely se budují p evážn s nasazením metod speciálního zakládání staveb. Pokud jde o zasypávané konstrukce, tak platí (nad obvykle používané postupy) následující zásady: Konstruk ní prvky je nutno dimenzovat nejlépe na klidový tlak Dokon enou konstrukci podzemní stavby je nutné nesmírn obez etn zasypávat. Konstrukci je nutné zasypávat symetricky a s velmi šetrným zhutn ním zásypu. Hrozí totiž vážné nebezpe í dalšího p itížení konstrukce tunelu p ídavnými tlaky od hutn ní i stavební mechanizace! Jsou známy p ípady vážného poškození dokon ované konstrukce zp sobeného práv nevhodným postupem zasypávání a hutn ní zásypu). Pro z izování m lkých podzemních staveb se používá ada stavebních postup ozna ovaných esky jako: hloubení, spoušt ní, zasypání, p esypání apod. Oproti eštin disponuje angli tina velmi výstižnou terminologií pro ozna ení postupu stavby: CUT & COVER (obr. 15.1) COVER & CUT p íp. TOP-DOWN (obr. 15.2) Toto ozna ení vychází z anglických termín : • • •

Cut Cover; Top Down

= výkop, zá ez, výlom… = poklop,deska, pokrytí, zakrytí, p íp. i zásyp… = dol , dole

Obr. 15.1: Postup výstavby ozna ovaný jako Cut & Cover. Pažená stavební jáma

- 60 (114) -

M lké podzemní stavby

Obr. 15.2: Postup výstavby oznaovaný jako Cover & Cut nebo Top – Down

15.1 Cut & Cover Jde o hloubené, zakryté a posléze zasypané podzemní stavby. Mohou být provedeny: • •

15.1.1

Ve svahovaných rýhách V pažených rýhách

Podzemní stavby ve svahovaných rýhách

Uplat ují se obvykle v extravilánu i na p edm stí, tam, kde je dostatek místa pro zajišt ní svahu stavební jámy svahováním – obr. 15.3 a 15.4. Jde o lacinou a rychlou technologii provád ní. Konstrukce štoly, tunelu nebo plošné podzemní stavby m že být: • • •

monolitická montovaná kombinovaná

Obr. 15.3: Prefabrikovaný, monolitický i kombinovaný tunel realizovaný ve svahované rýze (metoda Cut & Cover)

Obr. 15.4: Konstrukce prefabrikovaného p tiprvkového tunelu budovaného na okraji zástavby ve svahované rýze (metoda Cut & Cover)

- 61 (114) -


15.1.2

Podzemní stavby v pažených rýhách

Uplat ují se obvykle v intravilánu, a to p i nedostatku místa, p i pot eb vodot sné stavební jámy nebo p i zajišt ní okolních stávajících objekt . K zajišt ní stavební jámy se nasazují veškeré typy pažících konstrukcí (podzemní st ny monolitické i prefabrikované, st ny pilotové ob as i št tové, berlínské a janovské pažení apod.). Pažení m že mít funkci jak ist technologickou (obr. 15.5), tak i konstruk ní (obr. 15.6) a slouží rovn ž i jako ochrana p ed podzemní vodou. Konstrukce štoly, tunelu nebo plošné podzemní stavby m že být: • • •

monolitická montovaná kombinovaná.

Obr. 15.5: Podzemní stavba z izovaná do pažené rýhy metodou Cut & Cover s vloženou izola ní vanou

Obr. 15.5: Podzemní stavba z izovaná pod ochranou konstruk ního pažení. M že být postupováno metodou Cut & Cover i metodou Cover & Cut (Top – Down)

- 62 (114) -


15.2

Cover & Cut (Top – Down)

Tento postup bývá esky popisován rovn ž jako podzemní stavba kombinovaná. Obvykle jde o lacin jší a p edevším rychlejší ešení výstavby. Zvláštním p ípadem tohoto postupu je metoda „želva“ (viz dále). Stavební realizace obvykle probíhá v následujících krocích (obr. 15.2): 1. Z ízení svislé podzemní konstrukce s pažící i nosnou funkcí. Je z izována p ímo s povrchu nebo ast ji z m lkého p edkopu 2. Provedení stropní (monolitické nebo montované) desky na zemní (horninové) skruži 3. Odt žení vnit ních prostor pod ochranou stropu. Stavební práce probíhají sou asn nejen uvnit objektu, ale i na povrchu.

15.3 Tunely budované p ímo na povrchu a p esypané Vybudovat tunel na povrchu a posléze jej p esypat je do jisté míry krajním postupem. Používá se tam, kde je nutné provoz skrýt pod terén a nelze nebo není žádoucí realizovat n které z p edchozích ešení. Takovými p ípady m že být ekologie, ochrana a bezpe nost (p i nebezpe í sesuv i lavin), stavby záštitné apod. P esypané t leso m že s výhodou vytvá et protihlukový val nebo biokoridor. Na povrchu p esypaného zemního t lesa bývá parková úprava, místní komunikace, cyklostezka apod.

Obr. 15.6: Podzemní stavba realizovaná na povrchu a posléze p esypná

15.4

Metoda „želva“

Metoda „želva“se s výhodou použije tam, kde je nutné omezit hloubku výkopu (u silni ních a železni ních tunel se tímto ešením m že získat zhruba 4 až 5 m) a sou asn maximáln urychlit uvedení povrchu území do p vodního nebo upraveného stavu. Dalším p ípadem použití této technologie výstavby jsou hluboké portálové zá ezy ve kterých hrozí sesouvání. S metodou „želva“ se lze setkat rovn ž u m stských tunel . P íklady realizace metodou „želva“ jsou uvedeny na obr. 15.8 a 15.9. Postup výstavby lze shrnout do následujících postupných krok (obr. 15.7): 1. Otev ení výkopu na úrove patek klenby

- 63 (114) -


2. Na zemní skruži (výhodn ji) nebo na bedn ní se provede klenba primární obezdívky. Ta je nej ast ji monolitická, m že však být i montovaná 3. Výkop (resp. konstrukce klenby) se zasype a provádí se úprava povrchu. Sou asn probíhá ražba kaloty tunelu pod ochranou klenby 4. Dobere se vnit ní profil tunelu – tzv. lávka.

Obr. 15.7: Postup výstavby metodou „želva“ [F. Klepsatel a kol., 1998]

Obr. 15.8: Železni ní tunel Schellenberg (SRN, tra Nürnberg-Ingolstadt). J portál, dl. 40 m. Klenba tunelu je založena na sloupcích TI. Ty rovn ž chrání dobíraný profil [zdroj: asopis Tunel cz]

Obr. 15.9: Železni ní tunel Euerwang (SRN, tra Nürnberg-Ingolstadt) S portál, dl. 48 m. Zemní t leso p ed zahájením ražby [Hochtief]

- 64 (114) -


15.5

P íklady m lkých tunel

Metro Praha: má p i celkové délce 54,7 km celkem 13,5 km hloubených tunel (25%). Na jednotlivých trasách jsou hloubené tunely zastoupeny: A – 0,8 km B – 4,4 km C – 8,3 km. T šnovský tunel: 1980, rekonstrukce 1999-2000, Cut & Cover, 2 roury Ø cca 60 m2, délka 350 m. Obvodové monolitické podzemní st ny, st edová prefabrikovaná podzemní st na, monolitické zastropení (obr. 1.29 a 15.10).

Obr. 15.10: T šnovský tunel v Praze [zdroj: asopis Tunel cz]

Brno - Pisárecké tunely (Pražská radiála): 1995÷97. Hloubené ásti v délce cca 200 m ve svahované jám (Cut & Cover). Konstrukce tunelu zhotovena s použitím posuvného bedn ní použitého uvnit ražené ásti pro betonáž sekundární obezdívky – obr. 15.11.

Obr. 15.11: Hloubený J úsek pisáreckých tunel v Brn [SUBTERRA]

- 65 (114) -


Husovický tunel, Brno (Kohoutova): 1996-99. 2 roury, délka 585 + 578 m, ší ka 9,9 m , výška 5,5 m, kombinovaná konstrukce (Cover & Cut, TopDown). Prefabrikované podzemní st ny, monolitické zastropení na zemní skruži, 804 mil. K (obr. 1.32 a 15.12).

Obr. 15.12: Husovický tunel v Brn (Kohoutova) [ŽS Brno]

Tunel Dolní Újezd, R35. 1998-99. 2 roury, délka 98 m, Ø 85,5 + 79,4 m², hloubený ve svahované – kotvené rýze (Cut & Cover), konstrukce tunelu prefabrikovaná – montovaná, p tiprvková. První ekologický tunel – biokoridor – v R (obr. 1.33 a 15.13).

Obr. 15.13: Výstavba tunelu Velký Újezd [okresní týdeník Nové P erovsko]

Tenkost nné obloukové mosty (TOM). Zajímavý prefabrikovaný systém vyvinutý a používaný fy Stavby Silnic a Železnic (SSŽ) – obr. 15.14.

- 66 (114) -


Obr. 15.14: Konstrukce TOM 2 (Tenkost nné obloukové mosty) [SSŽ Praha]

Nový T ebovický tunel (II. koridor, . T ebová– P erov). 2004-2005. 2 koleje, délka 550 m. Monolitické podzemní st ny, kotvené a rozpírané, mohutná p í ná rozp rná lamela (budovaná technologií podzemních st n) pod velmi silným monolitickým dnem – obr. 15.15.

Obr. 15.15: T ebovický tunel [zdroj: asopis Tunel cz]

Tunel m stské dráhy Gelsenkirchen (SRN – Por í). Konstrukce vytvoená ze št tovnic typu Larsen odolává harmonikovým efektem vliv m poddolovaného území – obr. 15.16.

- 67 (114) -


Obr. 15.16: Tunel m stské dráhy Gelsenkirchen (SRN – Por í) [Hochtief]

P echod pro zv

(Kanada)

Obr. 15.17: P echod pro zv

(biokoridor) v Kanad [zdroj www]

- 68 (114) -


Výstavba stanice podzemní dráhy, Taipei (Taiwan). Cut & Cover / Top - Down. Maximální snaha o zachování silni ního provozu na povrchu – obr. 15.18 a 15.19.

Obr. 15.18 a 15.19: Výstavba stanice podzemní dráhy v Taipei na Taiwanu [zdroj www] - 69 (114) -


Zasypávané tenkost nné kovové konstrukce. V R se jedná p evážn o konstrukce typu Tubosider z vlnitého plechu (obr. 15.20)

Obr. 15.20: Tubosider – podchod pro p ší a cyklisty v Lažanech (pod silnicí BrnoSvitavy) [zdroj: asopis Silnice a Železnice]

M lké tunely – n které výhledy v R: • Praha, silni ní tunely: St ešovi ky, dl. 2 x 1,7 km; 2, 3 pruhy, cca 2008 Hrad anská, dl. 2 x 0,7 km; 2, 3 pruhy, cca 2010 Suchdol, dl. 2 x 1,4 km; 2 pruhy, cca 2009 B evnovský, dl. 2 x 1,5 km, 2 pruhy; cca 2020 epy, dl. 2 x 0,2 km; 2 pruhy, cca 2020 • Praha, Metro • Brno, podzemní rychlodráha: ??? • Brno - Bystrc R43: ???

- 70 (114) -

Poklesová aktivita

16. Poklesová aktivita Velmi nep íjemným pr vodním jevem p i realizaci podzemních staveb tunelá skými postupy jsou deformace povrchu území (obr. 16.1). Deformace povrchu území vznikající b hem stavby jsou zp sobeny p edevším: • • •

Zm nou p vodního stavu napjatosti a z toho vyplývající zm nou vlastností hornin v okolí tunelu (viz sekundární napjatost) Snížením hladiny podzemní vody Nedokonalostmi nasazených technologií ražby.

Obr. 16.1: Poklesová kotlina vznikající na povrchu území. Vliv na stavby. Monitoring ú ink [Inset Praha]

Velikost pokles potom závisí p edevším na: Použité technologii provád ní Rozm rech a tvaru výrubu Kvalit horninového prost edí.¨ Budeme-li studovat p etvá ení výrubu b hem ražby, potom p etvá ení hornin radiální deformací sm rem do výrubu se nazývá konvergence a posouvání horniny podélnou deformací v ele ve sm ru ražení se nazývá extruze – obr. 16.2. Nelze pominout to, že jde o prostorovou úlohu – obr. 16.3. Na povrchu území potom vzniká poklesová mulda (kotlina) ve tvaru složité zborcené plochy – obr. 16.4.

- 71 (114) -


Obr. 16.2: Konvergence a extruze výrubu podzemní stavby

Obr. 16.3: Poklesová kotlina vznikající ve dvou hlavních sm rech. Prostorová úloha. Zborcená plocha poklesové muldy na povrchu

Obr. 16.4: Poklesová kotlina nad tunelem Mrázovka [SATRA, 2004]

- 72 (114) -

Poklesová aktivita

Z obr. 16.2 až 16.4 rovn ž vyplývá, že poklesy se vyvíjejí již v p edstihu – p ed pr chodem elby p edm tným místem (profilem) na povrchu území. Tento jev spadá p edevším na vrub extruze. Poklesová kotlina nad raženou podzemní stavbou má v p í ném ezu charakteristický zvonový tvar – jde velmi dob e aproximovat Gaussovou k ivkou. Podle obr. 16.5 v ní lze vymezit charakteristické zóny: zónu tla enou uvnit , mezi jejími inflexními body a zónu tahovou, vn inflexních bod k ivky muldy. Nejv tší p í né posuny v poklesové kotlin lze o ekávat nad inflexním bodem k ivky, stejn tak i nejv tší naklon ní. Z toho vyplývá, že nejnebezpe n jší poloha pro objekty nacházející se v takto poddolovaném území je práv na inflexním bodu kotliny, nikoliv v jejím st edu. Zde jsou sice poklesy nejvyšší, ale relativn stejnom rné.

Obr. 16.5: Zóny v poklesové kotlin

Vždy je nezbytné provést v dostate ném p edstihu podrobnou pasportizaci objekt nacházejících se nad podzemní stavbou (p edevším ovšem na povrchu) a ohrožených poklesy. Jen tak lze ádn ocenit a uhradit škody, které mohou v d sledku pokles vzniknout. A sou asn zamítnout neoprávn né nároky majitel nemovitostí, kte í asto vzniké škody pouze p edstírají. Prognóza možných pokles je nutná p edevším v zastav ném území p íp. u podzemních staveb pod komunikacemi. Na základ p edpov di lze potom navrhovat pot ebná opat ení pro omezení možných škod.

16.1

Metody pro stanovení deformací povrchu území p i tunelování Empirické Analytické Fyzikální modelování Matematické modelování M ení in situ

- 73 (114) -


Empirická metoda „Objemové ztráty horniny – Loss of Ground“ [R. B. Peck, 1969]

16.1.1

Poklesová kotlina vzniká v d sledku ztráty objemu horniny v okolí výrubu extruzí v elb a konvergencí na plášti (obr. 16.2). Je aproximována Gaussovou k ivkou (obr. 16.6).

Obr. 16.6: „Objemová ztráta horniny“ [R. B. Peck, 1969]

Pro odhad vzniklé poklesové kotliny je vždy dobrým výchozím údajem její možná plocha. Posuzuje se z velikosti jejího ezu p í ného na sm r ražení. Pro tunelování v jílech provedl shrnutí tohoto údaje z ady lokalit M. L. Myrianthis, kterého doplnil J. Mencl: v tuhých jílech: pr m rn 2,5% plochy výrubu (max. 6,2%, min. 1,4%) londýnské jíly (metro): 1 až 4% plochy výrubu frankfurtské jíly: 1,2% plochy výrubu (p i ražb štítem), 5 až 7% plochy výrubu (p i ražb NRTM) budapeš ské jíly (metro): 3 až 4%, plochy výrubu, p i ražb pod Dunajem 7 až 13% plochy výrubu brn nské jíly (primární kolektory): až p es 10% plochy výrubu (V. Horák) •

plocha (objem) poklesové kotliny:

Vs = Bsmax ≅ 2πismax ≅ 2,5is •

(16.1)

maximální pokles v ose výrubu:

smax =

Vs 2,5i

(16.2)

- 74 (114) -

Poklesová aktivita

i = 0,61s max

•

inflexní body:

•

bod maximální k ivosti: resp.

(16.3)

M = 0,22s max

3i

(16.4) (16.5)

Obr. 16.7: Graf pro p edpov ší ky poklesové pánve v závislosti na geometrii ražené podzemní stavby a geologickém prost edí [R. B. Peck, 1967]

16.1.2

Analytické (poloanalytické) stanovení pokles manov – Fazekas]

[Li-

Parametry sedání jsou odvozeny z deformací obrysu tunelu pro dvouvrstvé nadloží (jde o výpo et deformací v pružném, homogenním a izotropním poloprostoru).

Obr. 16.8: Model pro analytické (poloanalytické) stanovení pokles [Limanov – Fazekas] - 75 (114) -


Maximální pokles v ose:

16.1.3

e0 .a.π η0 = L

(16.6)

Fyzikální modelování

Možné poklesy území nad podzemní stavbou jsou studovány zat žováním modelu postaveného z ekvivalentních materiál v laboratorním stendu. Základní principy fyzikálního modelování byly ve stru nosti zmín ny v kurzu Mechanika hornin (viz) – obr. 16.9.

Obr. 16.9: Model z ekvivalentních materiál . Tunel B ezno, ražba v jílech [F. Nazari, 1997]

16.1.4

Matematické modelování

Matematické modelování, p edevším metoda kone ných prvk – MKP (v souasnosti rovn ž i metoda odd lených prvk , metoda kone ných diferencí, metoda sítí apod.), je vynikajícím nástrojem pro navrhování podzemních staveb a tedy i pro prognózu deformací horninového prost edí ve kterém bude provedena podzemní stavba. Je vyvinuta a používána ada program vhodných pro tyto výpo ty – nap . Plaxis, Ansys apod. – obr. 16.10.

- 76 (114) -

Poklesová aktivita

Obr. 16.10: Prognóza pokles území nad tunelem Dobrovského v Brn . MKP (program RIB-Tunnel): Vlevo: poklesy povrchu bez zajišt ní p ístropí, vpravo: poklesy po zajišt ní p ístropí tunelu [V. Horák – L. Mi a, 2000]

16.1.5

M ení in situ

K prognóze možných pokles je nivela ní m ení in situ používáno pouze zprost edkovan , nep ímo, a to k verifikaci zkušenosti. Je však vždy nezbytné k porovnání skute nosti a p edpoklad návrhu – obr. 16.11.

Obr. 16.11: Poklesy nam ené nad primárním kolektorovým tunelem Tkalcovská v Brn [V. Horák, 1992]

- 77 (114) -


16.2

Metody pro omezení vzniku pokles Geometrické úpravy vedení trasy. P i vyšším nadloží lze o ekávat nižší deformace. P i m lkém tunelování vzniká úzká poklesová kotlina nedosahující základ ohrožených objekt . Lze se vyhnout kritickým míst m ap. Nasazení speciálních metod ražení s aktivní podporou výrubu, p edevším elby. Jde p edevším o pneumatické tunelování, bentonitový nebo zeminový štít apod. Zlepšení prost edí v ražb s použitím pilotových a mikropilotových deštník (i více adých), injektáží, zmrazování apod. Plošné vyztužení nadloží nad tunelem (pasivními) ty ovými kotvami, h ebíky, sloupci TI apod. Vestav ní ochranných prvk do poklesové kotliny mezi základy objekt a podzemní stavbu. St ny z TI, mikropilot, CFA pilot nebo št tovnic jako významn tuhé prvky zachytí a svedou (usm rní) vznikající pole deformací mimo základy ohrožených objekt . Jedná se o velmi progresivní ešení, v sou asnosti velmi používané – obr. 16.12 a 16.13 Úpravy ohrožených objekt – podchycení jejich základ do v tší hloubky; zvýšení tuhosti jejich konstrukce apod. vede k jejich vyšší odolnosti v i deformacím od poddolování.

Obr. 16.12: Ochranná clona ze sloupc TI a její funkce. Sekundární kolektor Jánská v Brn [zdroj: asopis Tunel cz]

- 78 (114) -

Poklesová aktivita

Obr. 16.13: Vliv ochranné clony ze sloupc TI modelovaný MKP (Ansys). Sekundární kolektor Starobrn nská v Brn [V. Horák – H. Jank , 2005

- 79 (114) -


17. V trání V trání je nezbytným vybavením podzemních staveb. S ohledem na fáze životnosti podzemní stavby je lze rozd lit na: • •

V trání b hem stavby – tzv. v trání stavební V trání b hem provozování (funkce) podzemní stavby – tzv. v trání provozní (to se dotýká p edevším tunel s automobilovým provozem.

Poznámka:

Náklady na z ízení provozního v trání mohou init extrémn až 30 % stavebních náklad (a k tomu + nemalé procento z celkových provozních náklad ). Uspo ádání systému provozního v trání m že i zásadn ovlivnit návrh profilu podzemní stavby.

17.1 Stavební v trání Stavební v trání má dva základní úkoly: Dodávku kyslíku Obsah O2 by nikdy nem l ve vzduchu klesnout pod 20 % objemových (pod 18 % objemových je nutno používat dýchací p ístroje, už neho í zápalka etc.) Deficit O2 m že být zp soben adou p í in: Spalovacími motory na pracovišti Dýcháním osob Oxidací d eva a uhlí (to je mimo ádn nebezpe né v tzv. sta inách, tj. ve starých, dlouho nev traných výrubech vystrojených d evem nebo v uhelných dolech) Puklinovou vodou která váže více O2 než N2 Odstran ní zne išt ní vzduchu, které je zp sobeno Spalovacími motory na pracovišti Prachem od manipulace s rubaninou a aplikace st íkaného betonu (zde p edevším tzv. „suchou cestou“) Zplodinami z trhacích prací Unikáním plynu z hory Mimo ádn nebezpe né i škodlivé látky p edstavují: • •

Jemný prach (s podílem SiO2 < 5 m). Ten se ukládá v plicích a je-li toto ukládání dlouhodobé následuje ztvrdnutí plicní vazivové tkán a vzniká smrtelná choroba – silikóza!! Metan v koncentracích od 4 do 14 % objemových. P i této koncentraci hrozí nebezpe í exploze!! Proto musí být všude, kde se m že metan vyskytovat sledována pr b žn úrove jeho koncentrace a veškerá za ízení používaná v podzemí musí být v bezpe ném (tzv. „nevýbušném“) provedení.

- 80 (114) -

V trání

Tab. 17.I: N které maximální p ípustné koncentrace zne išt ní vzduchu p i práci nebo pobytu v podzemí

Škodlivá látka

Maximální p ípustné koncentrace za p edpokladu pobytu 8 až 9 hodin na pracovišti za den

CO2

5 000 cm3/m3

CO

50 cm3/m3

NOx

5 cm3/m3

SO2

5 cm3/m3

H2S

10 cm3/m3

Jemný prach

1,2 až 8 mg/m3 (podle obsahu SiO2)

Z výše uvedených d vod je tedy nezbytn nutné v trání b hem stavby. V trání probíhá p ívodem erstvého vzduchu (tzv. erstvých v tr ) a odvodem zneišt ného vzduchu (tzv. mdlých, výdušných i zkažených v tr ). P ívod i odvod v tr se provádí v tracími rourami (tzv. lutnami) z plechu, plastu, p ípadn lutnami m chovými. Jejich pr ez by m l init velmi p ibližn 1/60 až 1/30 Ø díla (tunelu, štoly); k v trání mohou sloužit za jistých okolností i p edrážené pilotní štoly. Lze použít t i systémy stavebního v trání (viz obr. 17.1).

Obr. 17.1: Systémy stavebního v trání [bývalá ON 44 6009]

- 81 (114) -


Nej ast jší systém u tunel a štol je sací (je jednoduchý a ú inný p i likvidaci prachu). U šachet bývá nej ast ji použit systém foukací. U náro ných podzemních d l (velkého profilu i ve velké hloubce) bývá nasazen systém kombinovaný. Pot eba erstvého vzduchu se uvažuje: Na osobu 1,5 m3/min Na HP dieselového motoru 4 m3/min (benzínové motory jsou v podzemí nep ípustné!). Rychlost proud ní erstvých v tr by m la init min. 0,3 m/sec. U trhací práce by po odpalu m la být zaru ena délka v trání min. 15 minut. Za jistých okolností slouží erstvé v try rovn ž k ochlazení pracovišt (nap .p i ražbách bázových tunel Simplon – s teplotou na pracovišti až 55,4°C a Lötschberg – s teplotou pracovišt až ke 40°C). Stavební v trání podzemních pracoviš je v p ímé kompetenci dozoru státní bá ské správy – OBÚ. Dimenzování stavebního v trání je složitá úloha pro specialisty. Vychází z charakteristik luten (s prom nnými: tlak a objem vzduchu, délka luten a jejich t snost) a z charakteristik ventilátor (prom nné: tlak, výkon a ú innost ventilátoru).

17.2 Provozní v trání Provozní v trání se týká (až na výjimky – nap . Metro) p edevším dálni ních, silni ních a m stských tunel s automobilovým provozem. Nár st po tu automobil s katalyzátory a se sníženou produkcí zplodin vede k podstatnému snížení pot eby p ívodu vzduchu (podle množství projížd jících nákladních automobil a podle podélného sklonu tunelu o 30 až 50 %). Problémy se zne išt ním vzduchu NOx nicmén p etrvávají. Pro vy ešení problému vým ny vzduchu lze u silni ních tunel použít ty i systémy v trání. Vhodnost jednotlivých systém je z ejmá z tabulky 17.II.

17.2.1

P irozené podélné v trání

P irozené podélné v trání využívá rozdílu tlak mezi portály zp sobeného pístovým efektem projížd jících vozidel. Tomuto efektu m že do jisté míry pomoci (nebo jej naopak m že rušit) komínový efekt, p sobící p edevším p i v tších podélných spádech tunelu a z toho plynoucího rozdílu výškových úrovní portál . Toto v trání je použitelné p i délkách tunelu l: l l l

17.2.2

500 m p i jednosm rném provozu 200 m p i jednosm rném provozu ve m st 300 m p i obousm rném provozu.

Podélné v trání s proudovými ventilátory

U tohoto systému v trání podporují podélný proud vzduchu ventilátory zav šené v p ístropí tunelu (obr. 17.2). Sm r a intenzita proud ní jsou podle pot eby zm nitelné. Rychlost proud ní vzduchu by nem la p ekro it 10 až 12 ms-1. - 82 (114) -

V trání

Obr. 17.2: Podélné v trání s proudovými ventilátory [D. Kolymbas. 1998]

17.2.3

Polop í né v trání

U tohoto systému jsou erstvé v try vyfukovány p í n k podélné ose p ibližn od stropu tunelu (obr. 17.3). V prostoru p ístropí je tedy nutné dimenzovat prostor na p ívod vzduchu. Mdlé v try odchází ob ma portály. Systém je vhodný pro tunely délky cca 2 až 4 km se st edním dopravním zatížením bez výrazných špi ek.

Obr. 17.3: Polop í né v trání [D. Kolymbas. 1998]

17.2.4 P í né v trání U tohoto systému jsou erstvé v try vyfukovány a mdlé odsávány p í n k podélné ose tunelu – obr. 17.4. Ob vedení vzduchu mohou obsadit až cca 30 m2 plochy z pr ezu podzemní stavby. U delších tunel jsou vždy nutné mezilehlé v trací šachty. To m že být problémem u horských tunel s vysokým nadložím; zde mohou být místo v tracích šachet použity soub žné v trací štoly i tunely ( asto sloužící sou asn i jako servisní a únikové).

Obr. 17.4: P í né v trání [D. Kolymbas. 1998] - 83 (114) -


Tab. 17.II Doporu ené nasazení v tracích systém podle „Sm rnice pro vybavení a provoz silni ních tunel (RATB)“ [SRN]

Délka tunelu v km

V trán

Obousm rný Jednosm rný provoz, 1 roura provoz, 2 roury < 0,4

< 0,7

P irozené v trání s výstrahou na CO2 Podélné v trání:

<2

<4

<4

<6

< 0,5

<2

<1

<2

<2

<6

S proudovými ventilátory S proudovými ventilátory a odsávací šachtou Polop í né v trání: Vratné (reverzní) Polop í né – p í né v trání P í né v trání

- 84 (114) -

Ochrana podzemních staveb proti vod

18. Ochrana podzemních staveb proti vod Ochrana podzemních staveb proti vod je velmi závažnou úlohou. P itom p ítoky vody z horninového masívu do elby resp. do výrubu se dají jen velmi obtížn p edvídat. P ítoky mohou být i velmi vysoké, extrémn i více než 1 000 ls-1 (nap . p i podchodu pod ekami). Nicmén tak velký p ítok již odpovídá pr trži a je nutné jej považovat za mimo ádnou událost. Skute né p ítoky do výrubu bývají obvykle o jeden až dva ády nižší – v R reáln do max. max. 500 ls-1. Velmi vysoké p ítoky vody však zpravidla s asem rychle klesají (tzn. že obvykle tzv. „statické zásoby“ vody postupn vyte ou do podzemního díla). P ítoky vody jsou mimo ádn nep íjemné p i úpadních ražbách a p i hloubení šachet, kdy se voda p irozen (samospádem) shromaž uje u elby. Tunel m že být z pohledu ochrany p ed p ítokem vody: Drénován (obr. 18.1 vlevo, obr. 18.2 a 18.3) i Izolován (obr. 18.1 vpravo, obr. 18.4 a 18.5). Rozhodnutí o zp sobu ochrany PS p ed vodou závisí (mimo ceny vlastního provedení) i na: Tlaku vody. U hluboce vedených (nap . horských) tunel by p i izolování p sobil na obezdívku velmi vysoký (extrémn i plný – tj. na celou výšku vodního sloupce, a to i n kolik tisíc metr !) tlak vody. Je proto nutné vodu drénovat. V R neleží v tšina tunel p íliš hluboko a z toho vyplývá, že jsou vystaveny pom rn nízkému tlaku. Budou proto tedy obvykle izolovány Vlivu na životní prost edí. Drénování má za následek snížení hladiny podzemní vody. To m že v extrému vést až k úplnému „ukradení“ vody z jímacích studních na povrchu vzdálených ádov až ve stovkách m od podzemní stavby. Dalším negativem je zvýšení deformací povrchu území (a z toho plynoucí sedání objekt ). Oddrénovaná voda se navíc musí odvád t (do vodote e i kanalizace). M že-li být zne išt na, pak je nutno ji istit, což znamená op t výrazné zvýšení náklad . asto je odb r vody výslovn i zakázán (nap . v jímacím území)!

Obr. 18.1. Principy ochrany PS p ed vodou. Vlevo: deštníkový princip - drénování. Vpravo: celoobvodové izolování [D. Kolymbas, 1998]

- 85 (114) -


Obr. 18.2: Deštníkový systém p i málo tla ivé hornin . Profil bez spodní klenby [zdroj: asopis Tunel cz]

Obr. 18.3: Deštníkový systém p i tla ivé hornin . Profil je opat en spodní klenbou [zdroj: asopis Tunel cz]

- 86 (114) -


Obr. 18.4: Možnosti izolování podzemní stavby p i realizaci dvoupláš ové (primární a sekundární) obezdívky [D. Kolymbas, 1998]

Obr. 18.5: Celoobvodová izolace p i velmi tla ivé hornin [zdroj: asopis Tunel cz]

- 87 (114) -


18.1 Izola ní fólie Izolace byly dlouho navrhovány pouze z PE (z PVC se p i zaho ení totiž uvoluje HCl). V sou asné dob jsou s ohledem na nízkou cenu navrhovány již i izolace z PVC. Fólie je totiž p ed p ímým ho ením chrán na sekundární obezdívkou. Fólie bývají asto dvoubarevné, kdy vnit ní sv tlá barva (žlutá nebo bílá) je transparentní v i vn jší tmavé ( erné) barv . To slouží k vizuální kontrole p ípadného poškození instalované izolace. Fólie se termicky i chemicky lepí na kotou e nast ílené na povrch primární obezdívky. K její instalaci slouží pomocná kulisa odpovídající profilu tunelu. Jednotlivé pásy izolace se spojují sva ováním dvojitým svarem s kontrolním (vzduchem tlakovaným) kanálkem (obr. 18.6).

Obr. 18.6: Instalovaná mezilehlá fóliová izolace [Metrostav]

Instalace fóliové izolace je velmi pracnou a choulostivou operací. Proto jsou hledány metody jednodušší. Velké nad je jsou vkládány do izolací st íkaných (obr. 18.7). Problémem zde však nadále z stává p edevším pot eba stejnom rné tlouš ky nást iku na velmi hrubý povrch st íkaného betonu. Jako edidlo t chto st íkaných izolací se z ekologických d vod používá voda.

Obr. 18.7: St íkaná mezilehlá hydroizolace p i dvoupláš ové obezdívce tunelu [MBT]

- 88 (114) -


18.2 Drenáže Drenáže mají udržet tlak vody dále od obezdívky podzemní stavby. Jsou k dispozici dva základní systémy: hadicová metoda a drenáž plošná. Oba systémy mohou být kombinovány. asto jsou nutné odvod ovací vrty v masívu i v primární obezdívce. Hadicová i plošná drenáž jsou zaúst ny do podélných drén u op r (obr. 18.14) nebo do plošného drénu v po v , kterými je odvád na voda z tunelu. Hadicová metoda tvo ená systémem hadic – pér – obvykle (ale ne nutn ) mezi horninou a (primární) obezdívkou obr. 18.8 až 18.11 Plošná (obrysová, odleh ovací) drenáž mezi primární a sekundární obezdívkou resp. mezilehlou izola ní fólií – obr. 18.10, 18.12 a 18.13.

Obr. 18.8: Jímání a odvád ní vody pronikající z hory pomocí vsakovacího a sb rného vedení na povrchu vestav né obezdívky tzv. hadicová metoda. Sm rnice DB 853.0010 – Projektování a udržování železni ních tunel . Ut s ování a odvod ování

Obr. 18.9: Moderní forma drenážní hadice. Drenážní profil se p ist ílí na puklinu vedoucí vodu a obvykle zast íká SB [foto V. Horák] - 89 (114) -


Obr. 18.10: Komplexní systém izolace PS – kombinace hadicové a plošné drenáže. Zkušební štoly Hagerbach (Švýcarsko) [foto V. Horák]

Obr. 18.11: Hadicová metoda p i odvodn ní p ístupového tunelu PVE Dlouhé strán [foto V. Horák] - 90 (114) -


Obr. 18.12: Plošná (obrysová, odleh ovací) drenáž z výstupkové fólie Dörken [foto V. Horák]

Obr. 18.13: Plošná (obrysová, odleh ovací) drenáž tvo ená vrstvou drenážní geotextilie (rouno + mat) [foto V. Horák]

Obr. 18.14: Podélné sb rné plastové drény. Tunel Libouchec [foto V. Horák]

Velkým problémem m že být zanesení drenáží jemným sedimentem nebo jejich zasintrování (tj. vysrážení CaCO3 za p ístupu vzduchu). Pravidelná údržba drenáží je proto nezbytná! U DB stojí až okolo 70 € za rok a 1 bm tunelu (ceny z r. 1998). I proto se prosazuje ím dále ast ji idea izolování. - 91 (114) -


K problematice izolací se v odborných kruzích vede permanentní diskuse: P ehnané požadavky na vodonepropustnost totiž zp sobují velký nár st ceny podzemních staveb. Navíc zkušenost íká, že tém každá izolace má n jaký, obvykle velmi t žko odstranitelný, defekt. N kte í odborníci soudí, že drahé izola ní systémy jsou obhajitelné pouze tehdy, pokud i minimální pr nik vlhkosti siln postihne funkci podzemní stavby. P esto jsou tyto izola ní systémy dnes navrhovány konformn . Nicmén platí, že systém izolace musí vždy(!) zamezit: U silni ních tunel : • Tvo ení louží i náledí na vozovce • Tvo ení rampouch U železni ních tunel : • Vnik vody na trolejový vodi • Tvo ení rampouch

- 92 (114) -

Mikrotunelování

19. Mikrotunelování Podle terminologie používané v R jde o bezvýkopovovou výstavbu podzemních vedení souborem metod, kterými se do zemního (p ípadn i skalního) prost edí zabudují p ímo nebo do chráni ek potrubní a kabelová vedení inženýrských sítí. Mikrotunelováním lze dále realizovat i subhorizontální odvod ovací vrty sloužící ke stabilizaci sesuvných svah . Terminologie používaná v anglosaském sv t je pon kud složit jší. Mikrotunelování je pouze jednou speciální technologií (mikrotunelování s. s. [jako takové]) náležející do souboru tzv. bezvýkopových technologií. V angli tin se používají dva termíny významov v podstat totožné: • Trenchless technology: Trench = výkop, zákop, šachta; Less = menší, bez… • NoDig technology: No = ne, žádný...; Dig = kopat. Ve skute nosti se nejedná o zcela bezvýkopové technologie, pon vadž obvykle se na za átku i na konci trasy resp. z izovaného úseku musí hloubit šachty i výkopy (na za átku úseku šachta startovací; na konci úseku šachta cílová), ovšem oproti plným otev eným výkop m v minimalizovaných objemech. Mikrotunelování je možné provád t obvykle pouze v kruhových profilech. Profily jiných pr ez jsou zcela neobvyklé. Za mikrotunel jsou považovány profily od 32 do 800 mm (dle terminologie používané v Japonsku) p ípadn až 2 000 mm (dle terminologie používané v SRN). V tší z t chto rozmezí je pak ovšem již profilem pr lezným i spíše pr chozím. Až na výjimky u n kterých složit jších technologiích, musí být p i mikrotunelování provád ny jen úseky p ímé. Naprostá v tšina t chto technologií „neumí zatá et“. Zm na sm ru se proto provádí v mezilehlých šachtách; p dorysn je potom trasa polygonáln lomená. Firmy provád jící práce bezvýkopovou technologií se na úrovni stát sdružují do národních organizací (v R jde o organizaci CzTT) a ty pak do organizace mezinárodní (ISTT – International Society for Trenchless Technology – www.istt.com ). Na národní úrovni je pro zájemce o bezvýkopové technologie vydáván Zpravodaj NODIG ( asopis eské spole nosti pro bezvýkopové technologie a Slovenskej spolo nosti pre bezvýkopové technológie http://www.czstt.cz/zpravodaj_nodig.htm ), na mezinárodní potom asopis Ttenchless ( http://www.trenchlessonline.com ).

19.1 Rozd lení bezvýkopových metod Bezvýkopové metody resp. metody mikrotunelování lze v zásad rozd lit podle dvou sou asn platných normativ :

- 93 (114) -


Podle SN EN 1594 (38 6410)/2001 (Zásobování plynem – plynovody s nejvyšším provozním tlakem nad 16 bar – funk ní požadavky) – viz obr. 19.1. Jde o velmi p ehledné rozd lení, pro praxi v zásad posta ující. Jediným nedostatkem této nomenklatury je, že zde chybí velmi moderní a významn se rozvíjející metoda ízeného sm rového vrtání (viz dále).

Obr 19.1: Rozd lení metod mikrotunelování podle SN EN 1594 (38 6410)/2001

Další, zcela detailní rozd lení metod bezvýkopové výstavby je uvedeno v SN EN 12889 (75 6115)/2001 (Bezvýkopové provád ní stok a kanaliza ních p ípojek a jejich zkoušení) – viz obr. 19.2.

- 94 (114) -

Mikrotunelování

Obr 19.2: Detailní rozd lení metod mikrotunelování podle SN EN 12889 (75 6115)/2001

19.2 Zp sob zavád ní potrubí, vedení i sít Z izovanou inženýrskou sí lze p i provád ní bezvýkopových (resp. mikrotunelových) technologií zavád t obvykle zatla ováním nebo mén ast ji zatahováním.

19.2.1

Zatla ování

Pro zatla ování se používají roury ocelové, litinové, železobetonové, betonové, plastbetonové, kameninové, keramické, azbestocementové a kompozitové (obvykle sklolaminátové). - 95 (114) -


19.2.2

Zatahování (spojené asto s rozši ováním vrtu)

Pro zatahování se používají nej ast ji potrubí plastová (z PVC, PE i PP), potrubí ze sklolaminátu a velmi asto jsou zatahovány kabely.

19.3 Faktory ovliv ující volbu mikrotunelovací metody 19.3.1

Profil zabudovávaného podzemního vedení

Obecn zde platí, že ím v tší je Ø vedení, tím je ešení obtížn jší.

19.3.2

Délka úseku mezi startovací (zápichovou) a cílovou šachtou

Délka úseku mikrotuneláže je limitována technologií provád ní, profilem realizovaného vedení, použitým materiálem potrubí a typem zeminy ve které je vedení instalováno. •

•

P i zatla ování je diafragma potrubí namáhána velmi vysokým zatížením (p i vysokých protla ovacích tlacích tak vzniká nebezpe í jejího porušení). Obvyklé je to, že práv instala ní podélná zatížení jsou v bec nejv tším namáháním jakému je mikrotunel po celou dobu své životnosti vystaven. ím delší je protlak, tím v tší síly je t eba k instalaci Zna né problémy m že zp sobit t ení na plášti potrubí (jeho velikost je závislá na Ø potrubí, na jeho materiálu a na typu okolní zeminy). T ení m že i zcela zastavit postup protlaku p i vy erpání kapacity tla né jednotky. V takovém p ípad je obvykle nutné z ídit novou mezilehlou tla nou mezistanici. Pokud jsou o ekávány vysoké hodnoty t ení je možné u n kterých technologií instalovat lubrika ní systém spo ívající v injektáži bentonitové suspenze na vn jší pláš protlaku.

19.3.3

Materiál zabudovávaného vedení

(viz výše).

19.3.4 • • • •

Geotechnické podmínky v trase Geotechnické podmínky jsou velmi d ležitým faktorem. M ly by zásadn rozhodnout o volb konkrétní mikrotunelovací soupravy V tšina t chto technologií m že postupovat jen vp ed. Uvíznutí (na geologické nebo um lé p ekážce) znamená vykopání ela se z ízením neplánované mezišachty Pr zkum je pom rn jednoduchý p i p ekonávání komunikací i vodních tok (u vodních tok hrozí p ítomnost balvan a fosilních kmen strom ) Naopak nesmírn složitý je pr zkum v intravilánu, kde po et p ekážek výrazn vzr stá (podzemní konstrukce a jejich zbytky, inženýrské sít , velmi pestré navážky atd.)

- 96 (114) -

Mikrotunelování

•

Informace musí být pokud možno spojitá. Jedinou metodou která to umož uje je použití georadaru, p ípadn v kombinaci s mikrogravimetrií a n kterými konven ními metodami pr zkumu (obr 19.3 a 19.4).

Obr. 19.3: Provád ní p edstihového georadarového pr zkumu v trase budoucího mikrotunelu [Vermeer Manufacturing]

Obr 19.4: Interpretovaný radarový ez z lokality Praha – Panská ulice – trasa kolektoru [Geofyzika Brno]

- 97 (114) -


19.4 Startovací a cílové šachty Jsou z izovány v r zném p dorysném tvaru – mohou být tvercové, obdélníkové, kruhové, eliptické... P dorysný rozm r (p edevším startovací šachty) závisí na rozm rech instala ního za ízení resp. délce instalované sekce potrubí. Technologie jejich provád ní obvykle vychází z metod speciálního zakládání staveb, ale mohou být realizovány i metodami typickými pro podzemní stavitelství (viz šachtování). Z metod speciálního zakládání se uplat ují: št tové st ny, trysková injektáž, pilotové i mikrozáporové st ny apod. P i šachtování se v sou asné dob významn uplat uje ost ní ze st íkaného betonu. Velmi d ležité je správné nadimenzování ost ní šachet podle teorie p íslušného zemního tlaku. Je-li nutno vylou it deformace v okolí šachty (v intravilánu, vzhledem k ohrožení inženýrských sítí v bezprost edním okolí) je nutné dimenzovat ost ní na tlak klidový. St nu, která zachycuje reakci tla né síly (p i protla ování) je nutné dimenzovat na tlak pasívní!

19.5 Udržení sm ru a sklonu mikrotunelu M že být u n kterých technologií i pom rn obtížné. Jde p edevším o ne ízené protlaky nebo o ramování. V p ípad výrazn jšího odchýlení od navrhovaného sklonu a sm ru bývá náprava velmi obtížná až nemožná takže pro ni asto nezbývá než z ízení neplánovaných mezišachet.

19.6 Protla ování • •

•

Protla ování s mechanickým rozrušováním zeminy a její dopravou šnekem – obr. 19.1 a obr. 19.5 Protla ování s manuálním rozrušováním zeminy pracovníkem na elb a jejím transportem dopravníkovým pásem nebo kolejovou drážkou (pouze u v tších vnit ních pr ez ; p i v tších délkách je nutné v trání) – obr. 19.1 a 19.6 Protla ování s rozrušováním zeminy tryskáním (vodou, bentonitovou suspenzí) a její dopravou hydraulicky ( erpáním) – obr. 19.1.

Obr 19.6: Protlak podchodu pro chodce pod komunikací [Hydrotunel Bojnice]

- 98 (114) -

Mikrotunelování

Obr. 19.5: ízený protlak fy Soltau s dopravou zeminy šnekem. 1 startovací šachta, 2 kontejner s ídícím po íta ovým panelem a zdrojem energií, 3 výsuvná je ábová dráha, 4 zatlá ecí stanice, 5 t žební roury s odt žovacími šneky, 6 ídící hlava navád ná laserem, 7 provád ní p ípojek pr vrtem ze šachty p ímo do suterénu objektu [Ingstav Brno]

19.7 Vhán ní s roztla ováním do prost edí Používají se tzv. „zemní rakety“. Zemní rakety jsou pohán ny pneumaticky (tj. stla eným vzduchem od kompresoru). Zemina není p i postupu za ízení odstra ována, ale pouze roztla ována do okolního prost edí. Výkonn jší za ízení m že pracovat i ve velmi hrubozrnných zeminách a p ekoná i zbytky stavebních konstrukcí i pronikne p es obvodové zdivo do suterénu objektu. Vždy ovšem za cenu snížené rychlosti. Pomocí této technologie jsou obvykle instalovány kabely, ale i zatahovány chráni ky do DN 160 mm. Pr m rná rychlost postupu je udávána cca 10 m/hod (obr. 19.7 až 19.9).

Obr. 19.7: Cílené zemní rakety GRUNDOMAT [TRACTO-TECHNIK]

Obr. 19.8: Za ízení GRUNDOMAT se startovací lafetou (nastavitelnou sm rov i výškov ) a se zam ovacím za ízením [TRACTOTECHNIK]

- 99 (114) -


Obr. 19.9: ada pneumaticky pohán ných zemních raket využitelných i p i ramování [Vermeer Manufacturing]

19.8 Beran ní, zarážení = ramming (ramování) K beran ní se mohou použít n které typy zemních raket (obr. 19.9). Jejich energie je p enášena na beran nou ocelovou troubu p es nasazený adaptér. Postup beran ní je cca 3 až 5 m/hod. Profily ramovaných ocelových trub mohou init až p es 1,5 m. Instalovat lze trouby v délkách až 6 m. Po proražení s áste ným samo išt ním je provedeno propláchnutí trouby tlakovým vzduchem i vodou (obr. 19.10).

Obr. 19.10: Beran ní ocelových chráni ek za ízením GRUNDORAM. išt ní zaberan né trouby tlakovým vzduchem od kompresoru. [TRACTO-TECHNIK]

- 100 (114) -

Mikrotunelování

Obr. 19.11: Použití metody GRUNDORAM p i stavb tunelu. M lký tunel pro pr chod t lesem železnice [TRACTO-TECHNIK]

19.9 Mikrotunelování jako takové Jde o zmenšenou (miniaturizovanou) variantu mechanizovaných štít – obr. 19.12 až 19.14.

i TBM

Obr. 19.12: Mikrotunelovací soprava. A – mikroštít, B – Tla ná stanice (hydraulické lisy), C – Výplachový systém (doprava rozvrtané zeminy bentonitovou suspenzí), D – kontrolní a ídící systém ( ízení sm ru a výšky laserem) [Iseki Tunnelling Systems]

- 101 (114) -


Obr. 19.13: Dva základní typy mikrotunelování podle dopravy zeminy: - mechanicky (šnekem) - hydraulicky (suspenzí) [Herrenknecht]

19.10

ízené sm rové vrtání

ízené sm rové vrtání je jednou z nemodern jších bezvýkopových technologií, dále rozvíjenou. pomocí speciální vrtné soupravy je provád n pilotní vrt (obr. 19.15). Na ele tohoto vrtu pracuje hlava ízená operátorem s povrchu území (obr. 19.16). Je vybavená p ijíma em povel a vysíla em polohy. Postup vrtací hlavy je ovládán prost ednictvím jejího úkosu: pokud hlava rotuje tak postupuje p ímo ve sm ru své délky, pokud se zastaví rotace, tak postupuje na opa nou stranu než je postaven úkos („klouže“ po n m) – obr. 19.17. Vrtným médiem je standardn vysokotlaký bentonit. Pokud je nutné provád t vrtání v prost edí s velmi hrubými ásticemi nebo jinými p ekážkami lze dnes již nasadit speciální hlavice opat ené roubíky, které p ekážku p ekonají p íklepovým vrtáním (obr. 19.18). Po provedení pilotního vrtu je v cílové šacht odejmuta vrtací - 102 (114) -

Mikrotunelování

hlava a p ipevn na hlava rozši ovací a zp tn je p i odebírání souty í zatažena plastová chráni ka (obr. 19.15). P i v tších profilech instalace lze celý proces rozši ování n kolikrát opakovat p i postupn se zv tšujícím profilu. Bentonit obalující chráni ku má i signální funkci p i ochran chráni ky p ed poškozením výkopovými pracemi. Lze jej proto i barvit. Délky takto položených vedení mohou být až p es 200 m p i profilech až okolo 350 mm. Obr. 19.14: R zné typy vrtných hlav mikrotunelu pro r zné geologické prost edí: - jemnozrnné zeminy (hlína, jíl)

- hrubozrnné zeminy (písek, drobný št rk)

- zeminy s velmi hrubými ásticemi (hrubozrnný št rk, v tší úlomky)

- skalní a poloskalní horniny

[Herrenknecht]

- 103 (114) -


19.11

ízené sm rové vrtání

ízené sm rové vrtání je jednou z nemodern jších bezvýkopových technologií, dále rozvíjenou. pomocí speciální vrtné soupravy je provád n pilotní vrt (obr. 19.15). Na ele tohoto vrtu pracuje hlava ízená operátorem s povrchu území (obr. 19.16). Je vybavená p ijíma em povel a vysíla em polohy. Postup vrtací hlavy je ovládán prost ednictvím jejího úkosu: pokud hlava rotuje tak postupuje p ímo ve sm ru své délky, pokud se zastaví rotace, tak postupuje na opa nou stranu než je postaven úkos („klouže“ po n m) – obr. 19.17. Vrtným médiem je standardn vysokotlaký bentonit. Pokud je nutné provád t vrtání v prost edí s velmi hrubými ásticemi nebo jinými p ekážkami lze dnes již nasadit speciální hlavice opat ené roubíky, které p ekážku p ekonají p íklepovým vrtáním (obr. 19.18). Po provedení pilotního vrtu je v cílové šacht odejmuta vrtací hlava a p ipevn na hlava rozši ovací a zp tn je p i odebírání souty í zatažena plastová chráni ka (obr. 19.15). P i v tších profilech instalace lze celý proces rozši ování n kolikrát opakovat p i postupn se zv tšujícím profilu. Bentonit obalující chráni ku má i signální funkci p i ochran chráni ky p ed poškozením výkopovými pracemi. Lze jej proto i barvit. Délky takto položených vedení mohou být až p es 200 m p i profilech až okolo 350 mm.

Obr. 19.15: Souprava pro ízené sm rové vrtání [TRACTO-TECHNIK]

Obr. 19.16: Postup instalace chráni ky metodou ízeného sm rového vrtání. Naho e: provád ní pilotního vrtu. Dole: instalace chráni ky zatahováním p i zp tném rozši ování pilotního vrtu [ŽS MOSAN] - 104 (114) -

Mikrotunelování

Obr. 19.17: Princip funkce vrtací hlavy s rozplavováním zeminy tlakovým bentonitem

Obr. 19.18: Nástroj (hlava) pro ízené sm rové vrtání TriHawk ve skalních horninách [Vermeer Manufacturing]

Silové (elektrické) kabely Plyn-Kapalné pohonné hmoty-Pára Komunika ní kabely-Kabelová televize Voda Kanalizace Prozatímní ozna ení p i pr zkumu Navržený výkop

Obr. 19.19: Barevné zna ení inženýrských sítí doporu ené Americkou asociací pro bezvýkopové technologie

- 105 (114) -


Kontrolní úkol Navrhnout v p edpokládaných geologických pom rech NOVOU konkrétní podzemní stavbu (p edevším z pohledu jejího p í ného pr ezu a technologie provád ní). Upozornit na problémy které mohou vzniknout p i její realizaci (dopady na životní prost edí, rizika provád ní a provozu, ekonomika apod.). Hodnocena bude i originalita ešení. BEZ VYPRACOVÁNÍ TOHOTO PROGRAMU NEBUDE MOŽNÉ ABSOLVOVAT ZKOUŠKU! PODZEMNÍ STAVBY BF06 šk. rok: …………………, ……………… semestr

Jméno: ……………………………………… Studijní skupina:…………………………… Podzemní stavba (konkrétní typ):………………………………… Lokalita (místo):………………………………………………………… Rozm ry, délka, úsek,…:……………………………………………… Poznámka:

Typy PS nap .: silni ní, dálni ní, m stský tunel železni ní tunel, úsek podzemní dráhy ekologický tunel - ekodukt, tunel pro (cyklo)turistiku apod. m stská komunální stavba (kanaliza ní sb ra , vodovodní štola – p ivad , kolektorový i kabelový tunel nebo štola, produktovod, významný podchod pro p ší a cyklisty, podzemní OV, sportovišt , kostel, p ednášková a koncertní sí apod.) podzemní sklad nebo úložišt objekt CO, „speciál“ jako i cokoliv jiného, smysluplného!!

ásti vy ešené úlohy: 1.

Úvod se stru ným zd vodn ním navrženého ešení

2. P edpokládaná geologická stavba území v míst , p ípadn odhad geotechnických vlastností dot eného prost edí (p edevším p etvárnosti)

- 106 (114) -

Mikrotunelování

3. Navržené rozm ry, kapacita, p í ný profil, sm rové a výškové vedení trasy apod. P ípadný odkaz na p íslušné p edpisy 4.

Navržená technologie provád ní (se stru ným zd vodn ním)

5.

Problémy, rizika a další aspekty

Rozsah: Odpovídající stru né p edstudii (zám ru). Min. 3÷4 stany A4, max. v rozumných dimenzích

Kontrolní otázky Rozd lení (nomenklatura) podzemních staveb (podle „Jednotné klasifikace stavebních prací“ – JKSP) Rozd lení podzemních staveb podle dispozice Rozd lení podzemních staveb podle zp sobu provád ní Rozd lení podzemních staveb podle p í iny (d vodu) jejich realizace resp. p ekážek bránících realizaci stavby na povrchu Faktory ovliv ující realizaci podzemní stavby a jejich vzájemný vztah Názvosloví a hlavní konstruk ní prvky – po obvodu tunelu a v jeho p í ném ezu ásti a konstruk ní prvky tunelu p i postupu ražení – v jeho podélném ezu Typické p í né ezy podzemních hydrotechnických liniových staveb P í ný ez podzemních železni ních liniových staveb P í ný ez podzemních silni ních (dálni ních, m stských) liniových staveb Sm rové pom ry podzemních liniových staveb Výškové (sklonové) pom ry podzemních liniových staveb Hlavní úkoly geotechnického pr zkumu pro podzemní stavby Metody geotechnického pr zkumu pro podzemní stavby Etapy geotechnického pr zkum pro podzemní stavby Výhody a nevýhody geotechnického pr zkumu pro podzemní stavby provád ného p edráženou (pr zkumnou) štolou; umíst ní pr zkumné štoly v p í ném pr ezu díla Trasování podzemních staveb s ohledem na geologické vlivy Klasifikace prost edí pro pot eby podzemních staveb Moderní tunelá ské klasifikace – RQD, RSR, Q (NGI), RMR, QTS „Volné rozp tí“ (volná délka) Napjatost v okolí tunelového výrubu Klenbové teorie pro stanovení zatížení horninovým tlakem - 107 (114) -


Primární a sekundární stav napjatosti v horninovém prost edí Poklesová aktivita nad raženým podzemním dílem Faktory ovliv ující nasazení mikrotunelovacích metod Metody použitelné pro návrh obezdívky podzemní stavby Observa ní metoda Polygonální metoda Návrh obezdívky podzemní stavby s tuhou op rou (= tuhou obezdívkou) Tunelové systémy a soustavy pro v tší profily Moderní tunelovací soustavy Prstencová metoda Erektorová ražba, pracovní cyklus prstencové metody Ost ní prstencové metody Tubinky, Metroplechy, betonové a železobetonové dílce, systém Bernold Nová rakouská tunelovací metoda (NRTM) Nejd ležit jší zásady Nové rakouské tunelovací metody (NRTM) Pracovní postup p i NRTM; len ní výrubu p i NRTM Strojní ražba TSM a TBM Rozd lení TBM Výhody a nevýhody TBM Štítování a další speciální metody Typy štít , pracovní ásti štítu Pneumatická ražba Bentonitový štít Štít s pažením ela zeminou Nožový štít a Metoda obvodového vrubu (Perforex metoda) Zlepšování prost edí p i ražbách Injektáže, trysková injektáž Zmrazování Naplavování, vysouvání Trhací práce Metoda hladkého výlomu Vrtání, nakládání a odvoz rubaniny Hloubení šachet a komín Konstruk ní ásti šachty Typy provizorní výstroje štol, tunel a šachet

- 108 (114) -

Mikrotunelování

Prostorové uspo ádání štoly (minimální rozm ry) Hloubené podzemní stavby, (podzemní stavby budované s povrchu), kombinované podzemní stavby Mikrotunelování – metody provád ní Stavební v trání podzemních staveb Provozní v trání podzemních staveb Ochrana podzemních staveb proti vod

- 109 (114) -

Záv r

20 Záv r 20.1 Shrnutí Student se seznámil s historií podzemních staveb, s jejich nomenklaturou podle r zných kriterií a s názvoslovím, základními projek ními prvky, s geotechnickým

pr zkumem a vlivem geologie na trasování a s horninovými klasifikacemi pro podzemní stavby a s úvodem do teorie horninových tlak . Byl informován o základních metodách pro návrh primární obezdívky. Mnoho pozornosti bylo v nováno tunelovým systém m a soustavám pro v tší i menší profily podzemních staveb, rozpojování horniny, manipulaci s rubaninou a hloubení šachet. Obdobn i metodám zlepšování horninového prost edí pro podzemní díla. Bylo probráno vystrojování a v trání podzemních staveb, jejich izolace proti vod a deformace povrchu území. Seznámen byl i s hloubenými podzemními stavbami a s mikrotunelováním. Pokud m l student dostatek trp livosti a tyto texty (kriticky) prošel až k tomuto místu, ušel první kroky k tomu, aby se stal novou nad jí pro pozoruhodný výsek stavebnictví: pro podzemní stavitelství!

20.2 Seznam použité literatury [1]

Aldorf, J.: Mechanika podzemních konstrukcí. VŠB – TU Ostrava, fakulta stavební. 1999

[2]

Barták, J., Bucek, M.: Podzemní stavby. VUT v Praze. 1989

[3]

Gudehus, G.: Finite Elements in Geomechanics. John Wiley & Sons. 1977

[4]

Klepsatel, F., ulík, M.: Bezvýkopová výstavba podzemných vedení. Alfa. Bratislava. 1986

[5]

Klepsatel, F., Kusý, P., Kopá ik, A.: Podzemné stavby I - Metódy tunelovania. STU. Bratislava. 1998

[6]

Klepsatel, F., Kusý, P., Ma ík, L.: Výstavba tunel ve skalních horninách. Vydavatelstvo Jaga group. Bratislava. 2003

[7]

Klepsatel, F.: Podzemné stavby II. STU. Bratislava. 2004

[8]

Klepsatel, F., Ma ík, L., Frankovský, M.: M stské podzemní stavby. Vydavatelstvo Jaga group. Bratislava. 2005

[9]

Klepsatel, F., Raclavský, J.: Bezvýkopová stavba a obnova podzemních vedení. Vydavatelstvo Jaga group. Bratislava. 2007

[10]

kolektiv autor : Podzemní stavitelství v eské republice. Satra, spol. s r. o. Praha. 2007

[11]

Kolymbas, D.: Geotechnik – Tunnelbau und Tunnelmechanik. Springer. 1998

[12]

Kolymbas, D. (editor): Tunnelling Mechanics - Advances in Geotechnical Engineering and Tunnelling. Logos Verlag. Berlin. 2002

- 111 (114) -


[13]

Peter, P., Klepsatel, F.: Zakladanie stavieb a podzemné stavby. SVŠT, Bratislava. 1980

[14]

Pruška, J.: Podzemní stavby (Návody pro cvi ení). Vydavatelství VUT, Praha. 2000

[15]

Pruška, L.: Tlaky na objekty umíst né v zemním t lese. SNTL. Praha. 1964

[16]

Ratkovský, K., Kubík, I.: Podzemné stavby. Cvi enia. SVŠT. Bratislava. 1989

[17]

Rozsypal, A.: Kontrolní sledování a rizika v geotechnice. Vydavatelstvo Jaga group. Bratislava. 2001

[18]

Sinha, R. S. (Editor): Underground Structures, Design and Construction. Elsevier. 1991

[19]

Streit, J.: Tunely všech dob a zem díl . Karel Synek. Praha. 1947

[20]

Trávní ek, I.: Podzemní stavby. VUT. Brno. 1988

[21]

SN EN 1594 (38 6410)/2001 Zásobování plynem – plynovody s nejvyšším provozním tlakem nad 16 bar – funk ní požadavky

[22]

SN 73 7501/1993 Navrhování konstrukcí ražených podzemních objekt . Spole ná ustanovení

[23] [24]

SN 73 7503/1997 Projektování a stavba tunel m stských drah SN 73 7505/1994 Sdružené trasy m stských vedení technického vybavení

[25]

SN 73 7507/1999 Projektování tunel pozemních komunikací

[26]

SN 73 7508/2002 Železni ní tunely

[27]

SN 73 7509/1996 Pr jezdný pr ez metra

[28]

SN EN 12889 (75 6115)/2001 Bezvýkopové provád ní stok a kanaliza ních p ípojek a jejich zkoušení

[29]

TP 76 Ministerstvo dopravy/1995/2000 pozemní komunikace

[30]

TP 98 Ministerstvo dopravy a spoj /1997 Technologické vybavení tunel pozemních komunikací

[31]

TP 154 Ministerstvo dopravy a spoj /2002 Provoz, správa a údržba tunel pozemních komunikací

[32]

TKP Ministerstvo dopravy a spoj /1999 kapitola 7 Tunely, podzemní objekty, galerie

[33]

TKP Ministerstvo dopravy a spoj /1999 kapitola 24 Tunely

[34]

TKP staveb Tunely

[35] [36]

Geotechnický pr zkum pro

eských drah (Divize dopravní cesty)/1996 kapitola 20

D S 6/2001 Správa tunel Sm rnice Ministerstva hospodá ství/1992 pro dokumentaci staveb pozemních komunikací

- 112 (114) -

Záv r

20.3 Seznam dopl kové studijní literatury [37]

Bartoš, L.: Technické podmínky pro zavedení technologie ízeného výlomu na stavb metra. VÚIS – . 217. Bratislava. 1986

[38]

Bennett, D.: Metro – p íb h podzemní dráhy. Fortuna print. Praha. 2005

[39]

Haack, A. (Editor): Underground Construction in Germany 2000. STUVA-Tagung ´99. Bertelsmann. Gütersloh. 2000

[40]

Jeker, R., E. et all.: Gotthard-Basistunnel. Der längste Tunnel der Welt. Werd Verlag. Zürich. 2002

[41]

kolektiv autor : Tunnel – Lebensadern der mobilen Gesellschaft. STUVA-Tagung 2003. Bauverlag BV GmbH. Gütersloh. 2003

[42]

kolektiv autor : Zásady pro používání st íkaného betonu. lá ský komitét ITA/AITES. Praha. 2003

[43]

kolektiv autor : Tunel Mrázovka. Satra, spol. s r. o. Praha. 2004

[44]

kolektiv autor : Underground Construction Germany. STUVA-Tagung ´05. Bauverlag BV GmbH. Gütersloh. 2005

[45]

kolektiv autor : Bezpe nost práce p i stavb tunel . komitét ITA/AITES. Praha. 2006

[46]

kolektiv autor : Zásady a principy NRTM jako p evažující metody konven ního tunelování v R. eský tunelá ský komitét ITA/AITES. Praha. 2006

[47]

Kovári, K., Descoeudres F. (Editors): Tunnelling Switzerland. Bertelsmann GmbH. Gütersloh. 2002

[48]

Melbye. T. et all.: Sprayed concrete for rock support. MBT Ltd.. Zürich. 2001

[49]

Svoboda, A.: Brn nské podzemí. R-Atelier, s. r. o. Brno. 2001

[50]

Svoboda, A.: Brn nské podzemí – kniha druhá. R-Atelier, s. r. o. Brno. 2005.

[51]

ÖNORM B 2203-1/2002 Untertagebauarbeiten – Werkvertragsnorm, Teil 1: Zyklischer Vortrieb

[52]

SN 505 197/2004 Projektierung Tunnel – Grundlagen

[53]

SN 505 197/1/2004 Projektierung Tunnel – Bahntunnel

[54]

SN 505 197/2/2004 Projektierung Tunnel – Strassentunnel

[55]

SN 507 198/2004 Allgemeine Bedingungen für Untertagebau

[56]

SN 531 198/2004 Untertagebau - Ausführung

eský tune-

eský tunelá ský

20.4 Odkazy na další studijní zdroje a prameny [57]

TUNNELS and SHAFTS in ROCK, Engineer Manuals (US Army Corps of Engineers) EM 1110-2-2901. 1997

- 113 (114) -


http://www.usace.army.mil/publications/eng-manuals/em1110-22901/toc.htm [58]

HOEK, Evert: Practical Rock Engineering, 2000

[59]

asopis eského a slovenského tunelá ského komitétu ITA/AITES TUNEL [založen 1992] http://www.ita-aites.cz/showdoc.do?docid=24

[60]

TUNNEL [oficiální orgán STUVA – SRN] http://www.tunnelonline.info/en

[61]

Tribune ITA newsletter ( asopis Sv tové tunelá ské asociace ITA/AITES) http://www.itaaites.org/cms/index.php?id=438&type=98&no_cache=1&L=0

[62]

Zpravodaj NODIG ( asopis eské spole nosti pro bezvýkopové technologie a Slovenskej spolo nosti pre bezvýkopové technológie http://www.czstt.cz/zpravodaj_nodig.htm

[63]

Ttenchless ( asopis pro bezvýkopové technologie) http://www.trenchlessonline.com .

http://www.rockscience.com/hoek/PracticalRockEngineering.asp

- 114 (114) -

VYSOKÉ UENÍ TECHNICKÉ V BRN FAKULTA STAVEBNÍ PODZEMNÍ STAVBY MODUL BF06-M02 PODZEMNÍ STAVBY

Recommend Documents