Tunelovací metody

Co vzniká v masivu

Metody ražby v tvrdé hornině

VRTÁNÍ NRTM OBVODOVÝ TBMVRTÁNÍAODSTŘEL

NRTMNTMSEM

OBVODOVÝVRUB

TBM(TUNELOVACÍ STROJE)

TBM SE ŠTÍTOVÝMPLÁŠTĚM

TBM BEZ ŠTÍTOVÉHOPLÁŠTĚ

Metody ražby v poloskalní hornině,

zemině

PRSTENCOVÁMETODA

NRTMSEM

OBVODOVÝVRUB

TBM(TUNELOVACÍSTROJE)

ŠTÍTOVÁNÍ(NEMECHANIZOVANÉŠTÍTY)

ŠTÍTSVOLNÝMČELEM(APB)

ŠTÍT SVYROVNÁNÍMTLAKUZEMINOU(EPB)

ŠTÍTSBENTONITOVOUEMULZÍ(BPB)

V současnosti se převážně používají:

- prstencová metoda,- Nová rakouská tunelovací - Nová rakouská tunelovací metoda(a příbuzné metody),- Metoda obvodového vrubu- tunelovací stroje.

Prstencová metoda

• Pro soudržné zeminy, poloskalní a skalní horniny

• Ražení plným profilem destruktivním či nedestruktivním způsobem na nedestruktivním způsobem na délku prstence definitivního ostění či délku rámu provizorního ostění

• Definitivní ostění montované (ocel, ŽLB)

• Dílce ostění se ukládají erektorem, prostor mezi dílcem a horninou se vyplňuje injektáží

• Každý nový prstenec má čelní zídku proti vytékání injektáže

• Používají se i lemované • Používají se i lemované plechy (kovové bednění po prstencích únosné po zatuhnutí injektáže)

Schéma metody

Pracovní cyklus u destruktivního způsobu

rozvolnění horniny• Vrtání • Nabíjení a odstřel• Větrání• Nakládání a odvoz rubaniny• Stavění definitivní výstroje• Stavění definitivní výstroje• Vyzdění čelní zídky• Vrtání a zpětně injektáž za rubem

přes otvory v dílcích

Čelní zídka

Montované ostění

Zvýšení stability čela tunelu

• Pilot tunel• Horizontální tyčové kotvy• Stříkaný beton

Pilot tunel

• Při horním lící výlomu• Výstroj pilot tunelu vyztuží

horninu v přídi tuhým prvkem• Budování upřesní IG průzkum• Doporučuje se nedestruktivní • Doporučuje se nedestruktivní

ražení• Ostění ze stříkaného betonu či

s pečlivou výplňovou injektáží

Pilot tunel

Pilot tunel

Horizontální tyčové kotvy

• Tvoří tuhé vložky bránící vývinu deformací přídě tunelu

• Větší spojení vrstev a bloků horniny

• Možnost předpínání kotev• Předpokládá ražení trhavinou• Kombinuje se často s injektáží

masivu• Při mechanickém rozpojování

se používají laminátové kotvy

Horizontální tyčové kotvy

Nová rakouská tunelovací metoda (NRTM)

V posledních třiceti letech doznala značného rozšíření tu-

nelovací metoda, která v nebývalé míře využívá nosnou schopnostschopnost

horninového masivu, realizovanou spolupůsobením s poddajným

primárním vystrojením.

NOVÁ RAKOUSKÁ TUNELOVACÍ METODA

Observační metoda s cyklickým ražením

Umožňuje řešení složitých profilů a geologických podmínek ve formě „Design as you go“

Princip: Stálé sledování navrženého Stálé sledování navrženého

konstrukčního řešeníPři nežádoucích projevech chování

konstrukce (nutnost kriterií) se využije předem připravené doplňující řešení

Doplňnující řešení jsou připraven na předem vytypované možné nedostatky původního návrhu

Aplikace p ři NRTM

• základní zajištění výrubu je primární výstrojí

• měřením deformací ověřujeme při další ražbě únosnost primárního ostění

• nepříznivý vývoj deformací • nepříznivý vývoj deformací signalizuje nutnost zesílení výstroje, např. ocelovou výstrojí, kotvami, další vrstvou stříkaného betonu apod.

• dvojvrstvé ostění zůstává základním znakem (primární a sekundární)

Historický vývoj NRTM

• Ritter Franz von Rziha (1878)„Zatížení ostění je tvořeno tíhou horniny uvolněné nad stropem v průběhu času“

• prof. L. von Rabcewitz (1948)Patent „…způsob vystrojování výrubu vyznačující se tím, že se stěny podepřou nejprve slabým stěny podepřou nejprve slabým poddajným vystrojením proti horninovému tlaku. Po doznění horninového tlaku se osadí definitivní výstroj nanesením pevného ostění na vnitřní plochu předtím osazené výstroje“

• Ing. A Brunner (1953)Patent „..postup ražení a zabezpečení tunelů, štol apod., při němž se na stěny výrubu hned po vylomení nastříká pomocná klenba z rychle tvrdnoucího stříkaného betonu..“

• prof. L. Muller (1957)22 zásad NRTM

• Ing. H. Laufer (1960)• Ing. H. Laufer (1960)Klasifikace hornin podle doby stability nevystrojeného výrubu, která vychází z měření na řadě alpských tunelů

• prof. L. von Rabcewicz (1962)definoval NRTM na XII Geomechanickém kolokviu v Salzburku

Fenner-Pacherova křivka

Průběh radiálního napětí na lící výrubu se nazývá charakteristická křivka horniny a průběh nárůstu pevnosti výstroje křivkou odporu výztuže. Metod výpočtu charakteristické křivky horniny a charakteristické křivky horniny a křivky odporu výztuže existuje poměrně mnoho. Liší se hlavně vstupními předpoklady, jež mají hlavní vliv na přesnost vystižení chování skutečné horniny a výstroje.

Pro Novou rakouskou metodu typické a nezbytné měření de-formací líce pomocné výstroje se skládá z řady speciálních měření (měření kotev, konvergenční měření, extenzometry, tlakové buňky). extenzometry, tlakové buňky). Měření deformací, yhodnocené v závislosti na čase,umožňuje sledovat vliv stavebního postupu na velikost a charakter deformací.

Nová rakouská metoda je velmi adaptabilní. To znamená, žepodle potřeby se čelba různě člení, volí se různé kombinacesvorníkové a obloukové ocelové výstroje se ocelové výstroje se stříkaným betonemapod. tak, aby se metoda nechala upravovat pro různé podmínky,které se v předpokládané trase tunelu vyskytnou.

Různé varianty členění čelby souvisí jednak se stabilitouhorniny ve stropě a v čelbě výrubu, jednak se způsobem ražení , protože preferovaný způsob ražby pomocí výložníkové frézy vyžaduje splnění určitých prostorových parametrů.

Tunelovací stroje

Tunelovacími stroji se nazývají mechanismy, kterými je

možno provádět rozpojování horniny v čelbě tunelu bez použitípoužití

trhacích prací a v některých případech současně zajišťovat vý-

lom při jeho vystrojování.

Základní rozdělení plnoprofilových

tunelovacích strojů (TBM)

TBM

Otevřené(do tvrdých

netlačivých hornin)Se štítem

s otev řenýmčelem

(do tlačivých hornin)

se zavřeným čelem

(do silně tlačivýchhornin)

Otevřený razicí stroj s rozpěrnými deskami

Pracovní cyklus razicího

stroje

• Razicí hlava je přitisknuta k čelbě přítlačnými lisy, otáčí se kolem osy stroje a rozpojuje tak horninu v závislosti na druhu použitých rozpojovacích orgánů. Rozpojená hornina je automaticky nakládána a dopravována pásovým dopravníkem zatunelovací stroj do vozů, sloužících pro odvoz rubaniny.

• Po vyčerpání zdvihu přítlačných lisů se • Po vyčerpání zdvihu přítlačných lisů se otáčení vrtné hlavyzastaví.

• Uvolní se rozpěrné zařízení, upnuté do této chvíle do boků horniny.

• Pomocí reverzně pracujících přítlačných lisů se celý stroj

• posune směrem k razicí hlavě.• Po dosažení přední polohy se rozpěrné

zařízení upne opět do boků výlomu, přítlačné lisy přitlačí razicí hlavu na čelo výrubu a pracovní cyklus se může opakovat

Pracovní cyklus plnoprofilového razicího

stroje

Nemechanizovaný štít

Nemají v čelbě žádný speciální rozpojovací orgán ani mechanizo-

vané (automatizované) nakládání rubaniny. Vesměs jsou s otevřeným čelem.Nemechanizovaný štít lze v Nemechanizovaný štít lze v

hrubém přiblížení charakterizo-vat jako ocelový válec s břitem, který

je silnými hydraulickýmilisy protlačován horninou (zeminou)

ve formě hnaného pažení.

Schema nemechanizovaného štítu

Rozdělení štítu

• Prstenec břitový, ve kterém se rozpojuje hornina a nakládá rubanina, v nepříznivých geologických podmínkách opatřen ve své horní části nástavcem zvaným štítek; není-li toto opatření dostatečné, používá se rozdělení dostatečné, používá se rozdělení přídě přepážkami,

• Prstenec trupový (opěrný), tvoří tuhou část štítu. Jsou v něm umístěny tzv. štítové lisy a nese erektor, který umožňuje montáž ostění.

• Plášť tvoří prostor, ve kterém se sestavuje ostění z dílců (tubingů).

cyklus při nemechanizovaném

štítování• Rozpojování horniny v břitovém

prstenci, zároveň s těžením je štít posunován kupředu štítovými lisy, které se opírají o hotové ostění. Pohyb štítu kupředu je na celou délku vysunutí lisů. Rubanina se nakládá nakladačem.nakládá nakladačem.

• Lisy stáhnou zpět do trupového prstence a ve vzniklém prostoru v plášti štítu se sestavuje další prstenec ostění.

• Po jeho smontování se opět vysunou štítové lisy, opřou se o nově smontovaný prstenec, započne rozpojování horniny, jejínakládání a celý cyklus se opakuje.

Mechanizované štíty

Mechanizované štíty jsou jsou kryta ochranným ocelovým válcem Jsou určeny do měkkých zemin nebo do takových hornin, ve kterých by takových hornin, ve kterých by mohlo vytvořením výrubu dojít ke ztrátě stability.

Schéma štítu

Schéma štítu1-drapákči fréza2-plášť štítu3-řídící hydromotor4-dopravní pás5-saňový výložník6-posuvný přímočarý hydromotor

Schéma štítu – plný záběr

-řezná hlava2-pohon hlavy3-hydromotor pro posun štítu4-erektor5-dopravování rubaniny6-dopravování ostění7-spínací skříň8-pokračování dopr. pásu

Štít s plným záběrem

U štítů s plným záběrem čela, vyžadujících poměrně značný

přítlak na pracovní orgán, se může provádět ražba, posun a výstavba ostění trojím výstavba ostění trojím způsobem:

Prvý způsob

v zeminách se štít posunuje ve výrubu tlakem štítových lisů,

které se opírají o čelo ostění; to musí být dimenzováno na

účinek těchto sil; ražba a účinek těchto sil; ražba a vystrojování se děje přetržitě,

neboť je nelze provádět současně - tzv. jednoduchý štít,

Druhý způsob

v pevnějších horninách, kde je potřebný větší přítlak na roz-

pojovací frézu v čele štítu, opírá se štít do výrubu upnutými

hydraulickými rozpěrami s roznášecími deskami. Tyto rozpěryroznášecími deskami. Tyto rozpěry

přenesou značnou část sil, potřebných pro přítlak štítu, tak-

že zatížení ostění tlakem štítových lisů je podstatně menší;

i v tomto případě se jedná o jednoduchý štít,

Třetí způsob

v poloskalních a skalních horninách se štít může opírat o zvláštní rozpěrný prstenec, který se hy-

draulicky upne do výrubu za štítem. V tomto případě nemusí

ostění přebírat ani část síly, ostění přebírat ani část síly, potřebné k přítlaku a posuvu

štítu. Ostění v plášti rozpěrného prstence lze budovat nej-

různějším způsobem nezávisle navlastním tělese a činnosti mechanizovaného štítu - tzv. dvo-

jitý štít,

Dvojitý štít

Štíty pro tlačivé a zvodnělé zeminy

• pneumatický štít,• bentonitový štít,• zeminový štít.• zeminový štít.

Mechanizovaný pneumatický štít

Návrhové kroky navrhování TBM

• Krok 1 Definování geometrických parametrůpoloměr výrubu. Poloměr ostění, tloušťka ostění, typ segmentů a jejich spojení,..segmentů a jejich spojení,..

• Krok 2 Určení geotechnických parametrůsmykové pevnosti, moduly přetvárnosti, primární napjatost, pevnost horniny v tlaku, abrazivita

• Krok 3 Výběr kritických řezůvliv nadloží, podzemní vody, přitížení, okolních budovi

• Krok 4 Určení mechanických vlastností TBMmísto pro instalaci, injektážní tlaky, rozpěrné tlaky, tlak na dláto a počet dlátdláto a počet dlát

• Krok 5 Materiálové parametry ostěnípevnost a modul u ŽLB, pevnost spojení segmentů,

• Krok 6 Určení návrhových hodnot výpočtu

PRE-LINING TUNELOVACÍ METODYTUNELOVACÍ METODY

jet-grouting columns

concretearch

cross section

Princip pre-lining metod

longitudinal section

Technologie tryskové injektáže

Technologie tryskové injektáže

• Ochranný v ějíř z ocelových prvk ů

(trubky, pruty)

• Mikropilotový deštník • Mikropilotový deštník

Pre-cutting

VysouváníTunelových tubus se vybuduje v

suchém doku na břehu řeky a konci se umístí balanční tanky a ocelové zátky. Do tubusu se upevní závěsný systém a dok se zaplaví. Poté se tubus se zaplaví. Poté se tubus vysune přes řeku do doku na druhé straně řeky, kde jsou ukotveny dva kabelové závěsy posouvající tubus. V suchém doku je umístěno podepření přenášející většinu vlastní váhy tubusu a zajišťující jeho stabilitu. Po přetažení je tubus ukotven a zajištěn.