Příprava výstavby tunelu na silnici A3

Transkript

1 Příprv výstvby tunelu n silnici A3 Ing. Mtouš Hilr, Ph.D., D2 Consult Prgue, s.r.o. Zelený pruh 95/97, , Prh 4, Česká republik Construction of twin bore tunnel on the rod A3 strted in During the preliminry design phses both TBM nd Spryed Concrete Lining (SCL) methods were considered for construction, nd comprison between the designs is included. The differences in construction methodology including plnning, nd progrm re discussed. Úvod Tunel n silnici A3 se nchází n jihu Anglie v hrbství Surrey. Rychlostní komunikce A3 spojuje Londýn s Portsmouthem v oblsti Hindhed dochází k čstým doprvním zácpám, které budou výstvbou nového tunelu odstrněny. Nvržený tunel má dvě dvoupruhové roury propojky po 100m, délk tunelu je 1,83m, ržb bude probíht především v měkkých pískovcích. Vzhledem k délce příčnému řezu tunelu byly během příprvy podrobně posouzeny dvě možnosti výstvby tunelu: mechnizovná ržb s využitím TBM konvenční ržb s ostěním ze stříkného betonu (obdob NRTM). Po detilním porovnání uvedených metod výstvby byl zvolen konvenční ržb, která byl zhájen zčátkem roku 2007, tunel by měl být otevřen v roce Příspěvek se zbývá příprvou výstvby, kromě zákldních prmetrů tunelu (směrové sklonové poměry, příčný řez, geologické poměry, třídy výstroje, td.) je důkldněji popsáno numerické modelování provedené metodou konečných diferencí v progrmu FLAC fktory ovlivňující výsledný výběr metody ržby. Příprv projektu Příprv projektu probíhl od roku Výzvou projektu byl vyváženost mezi ekologickými vlivy ekonomickým přínosem uživtelů. Nlezení správné rovnováhy mezi těmito protichůdnými poždvky trvlo přes 20 let. Prkticky celý projekt leží v oblsti přírodní rezervce, která v dném přípdě může být nrušen pouze v přípdě státních ekonomických či bezpečnostních zájmů, pokud neexistuje žádná jiná lterntiv. V průběhu příprvy bylo zvžováno neobvykle rozsáhlé množství různých vrint. Z počátku převžovly ekonomické spekty, s postupem čsu byly stále více upřednostňovány ekologické spekty. Klíčovým prvkem byl návrh tunelu pod ekologicky citlivými oblstmi uzvření původní silnice v dné oblsti.

2 Geologické poměry Geologie oblsti se skládá z jemnozrnných sedimentů při povrchu 90m mocné vrstvy pískovců, ve které bude probíht ržb tunelu. V jižní části se vyskytují v prostoru tunelu středně ulehlé prchovité jílovité písky s pískovci. Většin tunelu je v měkkých ž středně pevných pískovcích s občsnými vložkmi jemnozrnných písků. Jednoossá pevnost v tlku se pohybuje od 2 do 5 MP, pískovec je rozrušen šesti druhy diskontinuit. Tunel je umístěn nd hldinou podzemní vody, která v některých úsecích může zshovt mximálně 1 m nd úroveň spodní klenby. Numerické výpočty Numerické výpočty byly provedeny pomocí metody konečných diferencí (progrm FLAC). Výpočty byly provedeny ve 2D ve 3D. Původní výpočty byly provedeny pro konvenční ržbu s ostěním ze stříkného betonu (OSB), dodtečné výpočty byly provedeny i pro ržbu pomocí TBM se segmentovým ostěním z prefbrikovného betonu. Ndloží v uvžovných profilech bylo 45m 67m, v jednom přípdě byl celý tunel ve vrstvě LHA, v druhém přípdě do profilu tunelu ve dně zshovl vrstv. Vrstvy UHA/B UHC/D jsou nd tunelem. Tb.1 Vstupní prmetry numerického výpočtu Prmetr Oznční UHA/B UHC/D LHA (první 2m) (zbytek) Objemová tíh γ (kn/m 3 ) Poissonovo číslo ν Koeficient bočního tlku Ko Youngův modul E (MP) 200 Objemový modul K (MP) 111 Smykový modul G (MP) 83 Úhel vnitřního tření φ ( o ) Soudržnost c (kp) Vstupní prmetry výpočtů jsou uvedeny v tb.1. K výpočtu byl použit model s tuhostí závislou n velikosti (obr.1). Byl použit následující závislost: G( ε 2. 4 ε ) = α p' 1 ln( 10) ε ε = J ' kde je J ' 2 druhý invrint devitorického p ' střední efektivní npětí α koeficient zohledňující obsh písku (0,8 pro LHA UHC/D; 0,6 pro U) ε osové

3 G (MP) LHA, UHC & UHD Obr.1 Grf závislosti smykového modulu n Sqrt (J2) Uspořádání Horizontální uspořádání bylo odvozeno od poždvků n trsování silnic od omezení z hledisk životního prostředí. Většin tunelu je v oblouku s minimálním poloměrem 1050m. Vertikální uspořádání bylo ovlivněno především geologickými poměry se snhou minimlizce délky tunelu skrz písky n jižní strně, by byl tunel nd hldinou podzemní vody. Obr.2 Příčný řez tunelu při ržbě pomocí OSB

4 Příčný řez Tunel se skládá ze dvou dvoupruhových tubusů s propojkmi po 100m. Kždý tubus má dv pruhy šířky 3.65m s krjnicemi šířky 1,2m n obou strnách. Tunel má podkovovitý tvr (obr.2) s vnitřním průměrem 10,6m profilem ržeb 11,6m (ploch výrubu 96m 2 ). Ržb primární výstroj Přítomnost vrstev písku, v jednom místě ž 2m mocných, vedl k rozhodnutí o konvenční ržbě s ostěním ze stříkného betonu (OSB) s prvidelným zstříkáváním čelby. Strdrtní postupy Nové rkouské tunelovcí metody (NRTM) jko je prvidelné kotvení nebyly shledány vhodnými vzhledem k vrstvám písku jejich velmi nízkou soudržností negtivně ovlivňující efektivnost kotvení. Čtyři zákldní třídy primární výstroje byly nvrženy pro zákldní profil tunelu s drobnými obměnmi v místech propojek nouzových výklenků. Jeden hlvní typ výstroje byl nvržen do prostředí pískovců, zbylé tři typy byly nvrženy do písků přechodů písků pískovců. Inovce návrhu Hlvní inovcí nvržené výstroje je návrh primárního ostění, které bude součsně využito i jko definitivní ostění. To je možné vzhledem k vývoji technologie podzemního stvitelství v posledních letech. Zprvé jsou v součsné době již dostupné nelklické urychlovče, které umožňují plikci stříkného betonu bez poklesu pevnosti během životnosti stvby. Vzhledem k možnosti použití součsné vytyčovcí techniky je možné provádět velmi přesnou kontrolu geometrie výrubu ostění, což umožňuje využití stříkného ostění bez příhrdových rámů. U ostění ze stříkného betonu bez běžné výztuže (sítě, rámy) odpdá nebezpečí koroze výztuže. Jehlování je nutné využít v některých místech vzhledem k vrstvám zeminy. To je prováděno pomocí smozávrtných sklolminátových kotev u kterých opět odpdá riziko koroze. Stříkný beton je vyztužen ocelovými vlákny, stříkný beton byl posuzován jko nevyztužený, což bylo umožněno oblým tvrem ostění. Možnost mechnizovné TBM ržby Během předběžné příprvy projektu bylo ve Spojeném království vydány směrnice omezující povolené limity NOx během ržeb. Původní návrh předpokládl ržby s využitím dieselové techniky, se kterou všk nebylo možné dosáhnout nové limity, které nebylo možné řešit zvýšenou ventilcí. Proto byl vyprcován lterntivní návrh ržeb pomocí EPB TBM, což přineslo jisté výhody. Z hledisk vertikálního uspořádání již nebylo nutné podřizovt uspořádání geologickým poměrům. Jednotný sklon tunelu umožnil vynechání jímky, která byl původně nvržen ve středu tunelu. Dlší výhodou byl možnost využití jednoplášťového segmentového ostění (obr.2). Bylo nvrženo ostění z prefbrikovného betonu s těsnícími pásky s polypropylenovými vlákny pro zvýšení požární odolnosti. Nevýhody segmentového ostění byl výrzně finnčně náročnější relizce rozrážek pro propojky nouzové výklenky.

5 Obr.3 Příčný řez tunelu při ržbě pomocí TBM Z čsového hledisk byl lehce výhodnější TBM ržb oproti konvenční ržbě, le tento rozdíl byl neptrný vzhledem k plánovné ržbě ze čtyř čeleb. U TBM byl předpokládán ržb jedním strojem. Při délce tunelu 2,5km by byl již rozdíl výrzně výrznější, šlo by přibližně o jeden rok. Výsledně se ukázlo připrvené modifikovné řešení ržeb pomocí OSB z ekonomického hledisk výhodnější. Závěr V průběhu dlší příprvy se ukázlo, že provedení ržeb s využitím OSB je z jistých předpokldů možné, přeprcovné řešení ržeb pomocí OSB bylo nkonec z ekonomického hledisk výhodnější, proto bylo zvoleno. Toto řešení vzhledem k rozdílu zákldní ceny bylo použito i přes skutečnost, že riziko nvýšení ceny při OSB ržbách je obecně v porovnání s mechnizovnou ržbou výrzně vyšší. Pozn.: Autor se podílel n příprvě projektu v rámci svého působení v britské firmě Mott McDonld Ltd. Litertur Irelnd, T. (2007): Design of the UK's Hindhed tunnel. Tunnel & Tunnelling Interntionl. Irelnd, T., Rock, T., Hoylnd, P. (2007): Plnning nd design of the A3 Hindhed Tunnel, Surrey, United Kingdom. WTC 2007, Prgue. Thoms, A., Powell, D., Hilr, M. (2004): Úloh numerického modelování při projektování tunelů. Tunel, roč. 13, č. 1, str