Obr. 26 Schematické znázornění přípravy stříkaného betonu a) suchý SB; b) mokrý SB

Transkript

1 26 Obr. 26 Schematické znázornění přípravy stříkaného betonu a) suchý SB; b) mokrý SB Speciálním typem stříkaného betonu je stříkaný drátkobeton. Jedná se o stříkaný beton s rozptýlenou výztuží z ocelových drátků, která dává stříkanému betonu novou kvalitu zejména houževnatost a značně zvýšenou tahovou pevnost. Při množství cca 60 až 80 kg drátků v 1 m 3 směsi není problémem docílit tahové pevnosti stříkaného betonu 4 až 5 MPa. Použití drátkobetonu odstraňuje z pracovního cyklu pracnou a časově náročnou operaci upevňování armovacích sítí před nastříkáním betonu. 4.2 Tunelovací metody při cyklickém způsobu ražby Klasické tunelovací metody Klasické tunelovací metody, vzniklé již na začátku 19. století a používané až do 60. let století 20., které používaly pilířový systém ražení (obr. 27) a vyznačovaly se komplikovanou provizorní výdřevou a masivní, obvykle kamennou definitivní obezdívkou, se staly již nenávratnou historií. Množství pozoruhodných tunelů z této éry, zajímavá technická řešení a neocenitelné zkušenosti jsou trvalým vkladem a poučením i pro současné podzemní stavitelství.

2 27 Pro klasické tunelovací soustavy s výdřevou je charakteristické otevírání plného výlomu v příčném řezu pomocí dílčích výrubů. Jednotlivé soustavy rakouská, italská, německá (jádrová), belgická (podchycovaní), anglická se od sebe odlišují především schematem pobírání, tj. umístěním a pořadím otevírání dílčích výrubů. Pro rozvinutí prací v podélném směru (tzv. běh prací) byl u klasických tunelovacích soustav typický pilířový systém ražení (obr. 27A). Při tomto systému výlomy i výstavba definitivního ostění tvořily uzavřený celek v jednom pilíři (pasu), dlouhém 6 až 8 m. Současně však výstavba probíhala na více pracovištích vytvořených ze směrové štoly, která byla celým horským masivem proražena jako první. Je zajímavé, že rychlost ražení u klasických metod v běžných geologických podmínkách se nikterak výrazně nelišila od postupů dosahovaných při moderním konvenčním tunelování. Nasazení velkého počtu dělníků na řadě čeleb, otevřených po délce tunelu, umožňovalo dosáhnout výkonů srovnatelných s výkony dosahovanými většinou na jedné nebo nejvýše dvou čelbách, otvíraných u současných metod. Značná četnost vážných úrazů a dnes zcela neakceptovatelné podmínky hygieny a bezpečnosti práce však byly daní za obdivuhodné výkony starých tunelářů. Obr. 27 Schema systémů ražení A/ Klasický pilířový systém ražení; 1,2 již vybudované tunelové pasy 3 pasy následné ražby 4 směrová štola 5 šikmé dostropní zálomy 6 postupně předrážená stropní štola B/ Moderní prstencový systém ražení; a) první krok výrub je vyztužen až k čelbě; b) druhý krok provedení záběrového prstence bez výztuže; c) třetí krok provede se vyztužení v záběrovém prstenci; Z záběrový prstenec Nejznámější a z historického hlediska pravděpodobně i nejpoužívanější klasickou tunelovací soustavou byla Rakouská soustava. Ražba se prováděla podle přehledného schematu pobírání, tj. rozvinutí prací v příčném řezu (obr. 28), solitérně v jednotlivých pilířích rozfáraných pomocí dostropních zálomů (obr. 29, 30). Dílčími sestupy z postupně předrážené stropní štoly se došlo za neustálého předřevování dílčích výrubů (obr. 31, 32) až ke konečné výdřevě plného výlomu až na

3 28 počvu tunelu. Tu bylo nutno zkombinovat se zednickou výdřevou, tj. skružemi a jejich podepřením, neboť v průběhu budování definitivní výztuže musela minérská výdřeva stále zajišťovat stabilitu výrubu (obr. 33,34). Definitivní vyztužení tunelu se provádělo obezdívkou, obvykle kamennou, případně kombinovanou horní klenba z kamenných klenáků a opěry z prostého betonu. Teprve po dokončení definitivního ostění se cyklus opakoval v sousedním pilíři. Obr. 28 Schema pobírání klasické Rakouské soustavy

4 29 Obr. 29 Rakouská soustava schema dostropních zálomů Obr. 30 Alternativy výdřevy šikmého dostropního zálomu

5 30 Obr. 31 Rakouská soustava schema sestupů v kalotě a) příčný řez; b) podélný řez 2 stropní štola 3 rozšíření stropní štoly 4 první sestup a další rozšíření kaloty Obr. 32 Rakouská soustava výdřeva kaloty

6 31 Obr. 33 Rakouská soustava plný výlom a výstavba definitivního ostění a) minérská výdřeva plného výlomu; b) hotová opěra + zednická výdřeva pro horní klenbu Obr. 34 Rakouská soustava modelová výdřeva ve výukové štole Josef a) výdřeva plného výlomu; b) detail výdřevy kaloty s pažením

7 Konvenční tunelovací metody Ke konvenčním tunelovacím metodám, které využívají prstencový systém ražení, náleží starší pražská prstencová metoda a v současnosti v ČR výhradně používaná Nová rakouská tunelovací metoda. Ke speciálním postupům patří metody Perforex a ADECO RS. Při cyklickém způsobu ražby se postupuje po záběrech výrubu provedeného trhacími pracemi nebo výložníkovou frézou. Jednotlivé záběry se vyztužují buď přímo definitivním prefabrikovaným ostěním (prstencová metoda), nebo postupně realizovaným dvouplášťovým ostěním (Nová rakouská tunelovací metoda). Zmíněné speciální metody mají i specifické způsoby vystrojování Prstencová metoda V současnosti již méně frekventovaná prstencová metoda je vhodná pro ražení štol a tunelů kruhového profilu ve skalních horninách pevnostních tříd R2 až R5. Ražba se provádí plným profilem na délku jednoho prstence definitivního ostění z velkorozměrových dílců nebo tubingů (obr. 35, 36). Provizorní vyztužení se nepoužívá. Pro zmenšení plochy čelby, a tím zlepšení její stability se v pražských geologických poměrech často využívala tzv. pilot-štola, která byla na určitou délku předrážena před čelbou tunelu. Její výstroj tvořily obvykle lemované plechy a stříkaný beton. Zlepšení stability čelby lze dosáhnout také použitím dlouhých nepředpjatých kotev. Obr. 35 Prstencová metoda

8 33 a) podélný řez; b) příčný řez; 1 ostění z dílců 2 výplňová injektáž Obr. 36 Prefabrikovaná ostění a) prstenec z lichoběžníkových segmentů; b) prstenec z obdélníkových segmentů; c) způsoby uzavírání prstenců 1 dělený závěrný dílec 2 klínový závěrný dílec 3 poloklínový závěrný dílec 4 dílec s neradiálními spárami Prstencová metoda se označuje často jako univerzální, protože s jedním typem dostatečně nadimenzovaných tubingů je schopná projít horninovým masivem se značně proměnlivými pevnostními vlastnostmi. Důsledkem tohoto přístupu je však snížená hospodárnost výstavby Nová rakouská tunelovací metoda (NRTM) V posledních třiceti letech doznala značného rozšíření tunelovací metoda s dvouplášťovým ostěním, která důsledně využívá vlastní nosnou schopnost horninového masivu, realizovanou spolupůsobením s poddajným provizorním (primárním) vystrojením, jehož rychlá a dokonalá aktivace neumožní porušení a rozvolnění horniny a uvede síly v okolí výrubu do rovnováhy. Definitivní (sekundární) ostění, které se realizuje s časovým odstupem i několika měsíců, zajistí bezpečně stabilitu díla po celou dobu jeho životnosti. Nová rakouská metoda cílevědomě využívá starý tunelářský poznatek, podle něhož se tlak na výstroj zmenší, jestliže výstroj popustí. Graficky tento poznatek zachycuje tzv. Fenner-Pacherova křivka (obr. 37), která vystihuje průběh reakce horninového masivu na vzrůst deformací provedeného výrubu. Je z ní jasně patrné, že při zvětšující se deformaci výrubu klesá horninový tlak, který na výrub působí. Deformace však nesmí přestoupit určitou mez, za níž dochází k porušení horniny a k nárůstu tlaků na ostění. Je nutno mít na zřeteli, že křivka reakce horninového masivu má odlišné tlakové i deformační parametry v různých bodech na obvodě výrubu.

9 34 Na obrázku 38 jsou schematicky pro bod ve vrcholu klenby (tlak p z odpovídá výšce nadloží) zachyceny Fenner-Pacherovy křivky charakteristické pro různé tunelovací metody. Vliv tunelovací metody na velikost deformací výrubu, a tím na velikost zatížení ostění, je jasně patrný. Obr. 37 Fenner-Pacherova křivka 1 křivka reakce horninového masivu (Fenner-Pacherova křivka) 2 křivka odporu včas zabudované výstroje 3 křivka odporu pozdě zabudované a příliš poddajné výstroje Praktické uplatnění zmíněné zásady zmenšujících se tlaků na výrub při jeho deformacích tkví v tom, že po vyražení záběru, ještě než dojde k vytvoření primárního ostění, proběhnou určité deformace výrubu (bod A křivky), které sníží velikost horninového tlaku z hodnoty p o, která odpovídá snížení původní geostatické napjatosti vlivem deformací masivu proběhlých před čelbou tunelu, na nižší hodnotu p i. Líc výrubu se opatří primárním ostěním, které je poměrně tenké-10 až 40 cm podle velikosti výrubu, ze stříkaného betonu vyztuženého armovacími sítěmi, případně žebry z ocelové obloukové výstroje. Geomechanické vlastnosti zaobrysového masivu se navíc obvykle zlepšují pomocí radiální svorníkové výztuže. Tenké, a tudíž poměrně poddajné primární ostění, dovoluje další deformace potřebné podle Fenner-Pacherovy křivky k ještě podstatnějšímu snížení horninového tlaku. Vzhledem k narůstajícím deformacím výrubu vzrůstá i namáhání primárního ostění, a to až do vyrovnání velikosti klesajícího horninového tlaku s velikostí namáhání ostění, kdy se celý proces zastaví v rovnovážném stavu (bod B křivky). Pokud by bylo primární ostění instalováno příliš pozdě (bod C křivky), nedojde k vytvoření rovnovážného stavu a bez rychlého zesílení hrozí kolaps ostění.

10 35 Obr. 38 Schematický průběh Fenner-Pacherových křivek pro různé tunelovací metody 1 štít s tlakovou kontrolou čela 2 metody s předklenbou (perforex) 3 NRTM Průběh snižování horninového tlaku, směřující k dosažení rovnovážného stavu s namáháním primární výstroje, se sleduje intervalovým měřením (monitoringem) deformací líce primárního ostění tzv. konvergencí. Ustalování konvergencí v čase k předem statickým výpočtem stanovené limitní hodnotě 4 (obr. 39, čára 1) signalizuje správný průběh tohoto procesu.

11 36 Obr. 39 Sledování konvergencí primárního ostění Průběh konvergencí podle čáry 3 vyžaduje ještě před dosažením limitní deformace provést některá z možných stabilizačních opatření - zesílení primární výztuže (obvykle další a delší svorníky), - zkrácení záběru, - podepření čelby horninovým pilířkem nebo její kotvení, - členění čelby, - uzavírání dílčích výlomů spodní klenbou, - jehlování - ochranné deštníky z mikropilot případně subhorizontálních sloupů tryskové injektáže, - zlepšení horninového masivu v okolí výrubu sanační tlakovou injektáží, - zlepšení pokryvných vrstev v nadloží tryskovou injektáží. Průběh konvergencí podle čáry 2 umožňuje naopak provést zeslabení primární výstroje. Monitoring je prováděn s prodlužujícími se intervaly obvykle po dobu 3 až 6 měsíců od instalace primární výstroje. Úplné ustálení deformací znamená vyrovnání vzájemného silového působení horninového masivu a primární výstroje. Od tohoto okamžiku je také možné nejdříve začít s budováním definitivního (sekundárního) ostění, zajišťující bezpečné vystrojení tunelu na celou dobu jeho životnosti (obr. 40).

12 37 Obr. 40 Primární a sekundární ostění tunelu Prackovice (dálnici D8) Definitivní ostění se nejčastěji provádí s využitím posuvného teleskopického bednění s příložnými vibrátory z železového betonu, což umožňuje vytvořit velmi únosné ostění při poměrně malé tloušťce. Ve vhodných podmínkách (málo tlačivé horniny) je vhodné použít i ostění z prostého betonu. Po dobu tuhnutí a tvrdnutí je však třeba zajistit podmínky pro jeho nutné ošetřování. Nová rakouská metoda je velmi adaptabilní. To znamená, že podle výsledků observačních měření se mění délka záběru, čelba se různě člení, volí se různá hustota svorníkové výstroje a další opatření tak, aby systém primární výstroje vyhovoval různým geologickým podmínkám, které se v trase tunelu v průběhu ražby vyskytnou. Různé varianty členění výrubu souvisejí především s geologickými podmínkami ražby a se stabilitou horniny ve stropě a v čelbě výrubu. Novou rakouskou tunelovací metodu lze použít i v zeminách a málo pevných poloskalních horninách, stabilitu výrubů a čeleb je však obvykle nutno v předstihu zajišťovat doplňujícími opatřeními. Provádějí se na různou délku (počet záběrů) do předpolí ražby pomocí ocelových prutů osazených do vrtů (tzv. jehlování), deštníků z mikropilot nebo předkleneb z horizontálních sloupů tryskové injektáže, které zvyšují stabilitu výrubu a zmenšují deformace při dalším postupu ražby (obr. 41).