Tunelové systémy a soustavy PODZEMNÍ STAVBY Tunelové systémy a soustavy Ústav geotechniky

Tunelové systémy a soustavy pro větší Ø KLASICKÉ Porubem Pilířové Plášťové (jádrové)

MODERNÍ Vrtání a odstřel Prstencová metoda Nová rakouská tunelovací metoda - NATM (NRTM) Strojní ražba Speciální technologie (zmrazování, přetlak vzduchu, obvodový vrub, injektáže, naplavování, vysouvání ap.)

STROJNÍ RAŽBA TBM ŠTÍTY PRO ZEMINY UZAVŘENÉ ŠTÍTY A kombinace předchozích soustav a systémů TBM (Tunnel Boring Machines) TSM (Tunnel Sequential Machines) TBM pro tvrdé horniny Štíty pro zeminy Otevřené Uzavřené (s podporou čela) Smíšené (oba režimy) Nožové Pneumatický Bentonitový (slurry) Zeminový (EBS)

Klasické tunelovací soustavy V ČR skončila jejich éra r. 1982 (při rekonstrukci části Tunelu č. 7 naposledy použita „Modifikovaná moderní rakouská metoda“) Rozdělení těchto soustav podle geometrie výrubu: Porubem – otevíráním na celou šířku Pilířováním – s ponecháním nosných horninových pilířů Plášťové (jádrové) – otevíráním po obvodu s ponecháním (naposled uvolněného) jádra Rozdělení těchto soustav podle časového postupu výstavby ostění: Výstavba ostění až po plném vylomení profilu Výstavba ostění ve stádiu dílčích výlomů

Stará rakouská tunelovací metoda (porubem, příčníková)

Moderní rakouská tunelovací soustava

Moderní rakouská tunelovací soustava

Belgická (podchycovací ) tunelovací soustava - pilířová

Jádrová (plášťová - německá) tunelovací soustava

Výdřeva při klasické tunelovací metodě

Tunel T. G. Masaryka (Handlová –Horná Štubňa, 1928-31, dl. 3 011 m) Pracovalo zde až 905 lidí současně, náklady 63 mil. Kč

Vysoké přítoky vody do tunelu

Zednická výdřeva Projev horninového tlaku

Modernizace klasických soustav Spočívala především v úspoře dřeva – použitím ocelové provizorní výstroje (příčných žeber a skruží a dále ocelových či betonových pažin – ponechaných v definitivním betonovém ostění jako tuhá výztuž)

Španělsko: Tunel spojující Madrid s letištěm

Moderní tunelovací soustavy a systémy VRTÁNÍ A ODSTŘEL se používá ve skalních horninách s velmi vysokou stabilitou (velké volné rozpětí a vysoká stabilita v čase). Výrub se vystrojuje jen minimálně (výstroj má potom charakter pouze obkladní = ochrana před ovětráváním), případně vůbec ne. V ČR nejsou horniny vhodné pro tento postup obvyklé. Velmi důležitý je správně zvolený postup trhacích prací (pro zachování příčného Ø a minimální rozvolnění horniny do hloubky) – viz dále kap. „Trhací práce“

Vrtání a odstřel cyklický postup prací

PRSTENCOVÁ METODA Nasazuje se ve skalních horninách s dostatečnou stabilitou, příp. i v méně stabilních poloskalních horninách a zeminách (zde doplněná o štít). Ražba se provádí standardně plným profilem s použitím trhací práce i TSM. Není vyloučeno ani jednoduché členění s horní pilotní štolou: Krátké výlomové záběry jsou bez odkladu vystrojovány definitivní výstrojí UZAVŘENÍM PRSTENCE. Následuje případná rychlá zakládka, a vždy včasná výplňová aktivační injektáž. To, spolu s rychlým postupem prací i u velkých Ø omezuje rozsah rozvolněné zóny nad výrubem

Prstencová metoda - postup prací - ražba s pilotním tunelem (štolou)

Krátké záběry zajišťují stabilitu výrubu v podélném směru (=> volné rozpětí l*= b). Nutná je stabilita přídě!! Nestabilní čelba ohrožuje bezpečnost a výrazně snižuje stabilitu stropu (především v podélném směru. Potom je nutné čelbu podepřít (obvykle kotvením příp. přetlakem vzduchu) nebo nasadit štít (různého systému) V některých případech je možné prstencovou metodu realizovat i s některými typy provizorní výstroje (SB, BERNOLD, rámy) Je-li prstenec obezdívky prováděn z dílců vysoké hmotnosti (řádově q až t; běžně 1÷1,5 t, max. 2,5 t) je nutný ukladač = erektor Pokud je používán erektor a není nasazen štít => erektorová ražba

Prstencová metoda Zajištění čela (vytvoření celíku) Erektorová ražba

Montovaná ostění při prstencové metodě (případně při štítování) Litinové a ocelolitinové tubinky (tybingy) Plášť z litinových či ocelolitinových dílců (standardně vylehčených – vyztužených žebry) s přírubami spojovanými šroubením V dílcech injekční otvor (často s ventilem) Mezi tubingy se vkládá těsnění různých konstrukcí a materiálů (drážky v podélném a příčném směru; neoprén – guma; asfalto-azbest; temování olovem nebo aluminiem; RV cementy ap.) Vystřídání => vazba podélných spár: Hmotnost dílců řádově v q. Jedno z nejtěžších ostění; do silně tlačivých a zvodněných hornin; nese okamžitě po smontování

Tybingy jsou mimořádně drahé Litinové dílce mohou být namáhány jen tlakem; ocelolitinové i tahem a ohybem – navíc jdou i svařovat (litinové obvykle ne) a mají zhruba poloviční hmotnost

Tubingy

Základní požadavek = co nejmenší počet různých typů tubingů v 1 prstenci

Lemované plechy (též „lisované plechy, Metroplechy, Liner Plates“) Lehké (cca 12 až 32 kg, i méně), různých rozměrů, lisované z ocelového plechu tl. 3 až 8 mm, často s prolisy pro zesílení, s přírubami spojovanými vystřídaně ve vazbě šroubením, s injekčním otvorem (obvykle bez ventilu) = kovové bednění stavěné po prstencích, ochraňující pracoviště. Plně nese až po zatvrdnutí injektáže Prstence mohou být vyztuženy (podepřeny) vnitřní skruží Nepoměrně jednodušší manipulace a nižší cena než u litinových a ocelolitinových tubingů

Lemované plechy (Metroplechy)

Ostění z betonových a železobetonových dílců (též panelů, nesprávně tubinků) Podstatně levnější než kovové; hmotnost v prvních t Celá řada typů a systémů tvarově často odvozených od litinových tubingů Požadavek na co nejmenší typovost (drahé formy, komplikace při montáži!) Spojovány jsou šroubením, trny, pérem a drážkou, zaobleným (konkávně-konvexním) spojem ap. Mezi dílce se vkládá těsnění, často extrémně sofistikované (syntetická pěna, neoprén, pryskyřice, cementy apod.) V těžišti dílců bývá (nutný!) otvor pro uchopení ukladačem – erektorem, současně sloužící pro injektáž

Betonové a železobetonové dílce

Ostění z lisovaného („extrudovaného“) betonu Zásadně zřizováno pouze v kombinaci se štítem Monolitické ostění z prostého betonu nebo drátkobetonu Za štítem je taženo bednění do kterého je po prstencích betonována definitivní obezdívka + zbavíme se styčných spar s nutností těsnění; omezíme deformace povrchu - vysoká technologická náročnost provádění; složitá konstrukce zařízení (návěsu za štítem)

Metoda ztraceného bednění – systém BERNOLD Může být použita při prstencové metodě, prstence už nemusí být v počvě uzavírány. Jedná se o velmi neostrý přechod k NATM, resp. jde o jedno z ostění využitelných při NATM Primární či sekundární obezdívka je zřizována z betonu ukládaného do ztraceného bednění z prolamovaných nebo žebrovaných plechů (9, 10, 11 žeber; tl. 1,25; 2; 3 mm) nebo husté síťoviny vyztužené pruty Pažící plechy mohou být v zeminách zatahovány nebo předháněny Běžná je kombinace s ocelovými skružemi (trvalými nebo jen po dobu zrání betonu), s kotvením i se SB Technologie vhodná i pro zřizování šachet

V počáteční fázi funkce (po osazení) je obezdívka poddajná, posléze s tvrdnutím betonu zvyšuje svoji tuhost (konečná tuhost odpovídá tloušťce betonu)

Spojování prolamovaných plechů montážním trnem Postupné podepírání výrubu šroubovanými skružemi při ražení

Ztracené bednění systému BERNOLD

Ztracené bednění systému BERNOLD

Pracovní cyklus prstencové metody 1. Vrtání (na délku záběru nutného k postavení prstence, dl. podle stability horniny) 2. Nabíjení a odstřel 3. Větrání (Ad 1. až 3. splývá při strojním rozpojování TSM) 4. Nakládání a odvoz rubaniny (u TSM průběžně) 5. Stavění definitivní obezdívky 6. Vyzdění čelní zídky (= čílkování) 7. Souběžně s vrtáním dalšího záběru výplňová a aktivační injektáž za rub ostění

Prstencová metoda - injektáž Injektáž se provádí přes injekční otvory v tybincích (dílech). Mezeru mezi obezdívkou a horninou je nezbytně nutné pečlivě proinjektovat včetně záklenku (jinak hrozí podélné porušení obezdívky puklinami) Injektuje se běžně cementem, někdy odděleně (zafoukání kačírkem + injektáž) Injektáž je prováděna jako primární a jako sekundární Postup injektáže: odspodu, symetricky nahoru, s kontrolou ve vyšších otvorech: 4 4 5 3 3 1 2 2