1 Úvod. Poklesová kotlina - prostorová úloha

Transkript

1 Poklesové kotliny

2 1 Úvod Projekt musí obsahovat volbu tunelovací metody a případných sanačních opatření, vedoucích ke snížení deformací předpověď poklesu terénu nad výrubem stanovení mezních hodnot deformací výrubu a objektů v nadloží stanovení deformačních parametrů poklesové kotliny (max. hodnota sednutí, sklon a dosah poklesové kotliny) návrh vhodného observačních měření a metodologii jejich vyhodnocení

3 1 Úvod Poklesová kotlina - prostorová úloha

4 1 Úvod Deformace při ražbě tunelu: 1 - deformační zóna 2 příčná poklesová kotlina 3 podélná poklesová kotlina 4 rovina čelby

5 RAŽBA 1 Úvod přetváření hornin do výrubu = KONVERGENCE (radiální deformace) posouvání horniny v čelbě = EXTRUZE (podélné deformace)

6 1 Úvod Deformace povrchu území při tunelování závisí na: Použité technologii provádění Rozměrech a tvaru výrubu Kvalitě horninového prostředí

7 1 Úvod Deformace jsou způsobeny především: Změnou původního stavu napjatosti a z toho vyplývající změnou vlastností hornin v okolí tunelu Snížením hladiny podzemní vody Nedokonalostí nasazené technologie ražby

8 1 Úvod Poklesová kotlinatunel Mrázovka

9 1 Úvod Zóny v poklesové kotlině

10 2 Faktory ovlivňující poklesy technologické neovlivnitelné nenadálé

11 2 Faktory ovlivňující poklesy Technologické faktory Technologické faktory jsou ovlivnitelné a pro redukci účinků poklesů rozhodující, musí být zahrnuty v navrhovaném projektovém řešení a při výstavbě podzemního díla splněny.

12 2 Faktory ovlivňující poklesy Technologické faktory štíty s podporou čelby mikropiloty trysková injektáž členění čelby kotvení přídě pažení čelby rychlost tunelování

13 2 Faktory ovlivňující poklesy Technologické faktory štíty s podporou čelby

14 2 Faktory ovlivňující poklesy Technologické faktory mikropiloty

15 2 Faktory ovlivňující poklesy Technologické faktory trysková injektáž - injektáží z povrchu území při mělce uloženém tunelu - injektáží z podzemí při hluboko uloženém tunelu - kombinace předchozích

16 2 Faktory ovlivňující poklesy Technologické faktory trysková injektáž injektáž z opěrových štol při NRTM

17 2 Faktory ovlivňující poklesy Technologické faktory trysková injektáž injektáž z povrchu a z paralelní tunelové trouby

18 2 Faktory ovlivňující poklesy Technologické faktory členění čelby Tunel Mrázovka

19 2 Faktory ovlivňující poklesy Technologické faktory členění čelby

20 2 Faktory ovlivňující poklesy Technologické faktory kotvení přídě

21 2 Faktory ovlivňující poklesy Technologické faktory pažení čelby

22 2 Faktory ovlivňující poklesy Technologické faktory rychlost tunelování Rychlost ražby má největší vliv na poklesy terénu před čelbou. Je výhodné dodržovat co nejkratší dobu nezajištěného výlomu a zajistit co nejrychlejší aktivaci výztuže. Rychlé uzavírání celého profilu spodní klenbou ve snaze minimalizovat deformace nadloží.

23 2 Faktory ovlivňující poklesy Faktory neovlivnitelné a nenadálé změna smykových napětí v nesoudržných zeminách dilatance překonsolidovaných zemin vliv podzemní vody vyplavování jemných částic složení horninového prostředí

24 2 Faktory ovlivňující poklesy Faktory neovlivnitelné a nenadálé - změna smykových napětí v nesoudržných zeminách Přerozdělení smykových napětí v nesoudržných zeminách nacházejících se nad podzemním dílem (klín deformující se zeminy) může vést buď k zmenšení jejich ulehlosti a zvětšení jejich objemu popř. k jejich zhutnění a zmenšení objemu (vliv klenbového účinku v zemině).

25 2 Faktory ovlivňující poklesy Faktory neovlivnitelné a nenadálé dilatance překonsolidovaných zemin Po obvodě podzemního díla se může vyskytovat oblast překonsolidovaných zemin vyznačující se intenzivními změnami napětí a zvětšením objemu (řádově nárůst do 1% objemu překonsolidované zeminy).

26 2 Faktory ovlivňující poklesy Faktory neovlivnitelné a nenadálé vliv podzemní vody pokud se v nadloží vyskytují vrstvy zvodnělých nesoudržných zemin či se podzemní dílo nachází pod hladinou podzemních vod či v její blízkosti, pak vodní prostředí vlivem pórového tlaku nadlehčuje zeminu a zhoršuje pevnost prostředí (zvláště u nesoudržných zemin).

27 2 Faktory ovlivňující poklesy Faktory neovlivnitelné a nenadálé vyplavování jemných částic Pokud je podzemní dílo pod hladinou podzemní vody (např. pod dnem koryta řeky), je možnost narušení režimu podzemních vod a vznik tzv. drenážního efektu, který může mít za následek vyplavování jemných částic do podzemního díla. Vyplavování částic mění zeminové prostředí (a tím i silové podmínky v něm) a má opět za následek pokles povrchu.

28 2 Faktory ovlivňující poklesy Faktory neovlivnitelné a nenadálé složení horninového prostředí V blízkosti povrchu terénu se horninový masiv vyznačuje značnou variabilitou druhů a typů hornin a zemin (materiály násypů, různě konsolidované nesoudržné a soudržné zeminy, různě zvětralé skalní podloží apod.). Pokles povrchu závisí na nárůstu napětí, mechanických vlastnostech, rozsahu a prostorové lokalizaci jednotlivých vrstev zemin a hornin.

29 3 Metody pro stanovení velikosti poklesů empirické analytické Numerické Fyzikální modelování Přímá měření

30 3 Metody pro stanovení velikosti poklesů empirické stanovují závislosti mezi danými parametry a hledanými parametry na základě zkušeností získaných z vyhodnocení chování skutečných podzemních děl

31 3 Metody pro stanovení velikosti poklesů analytické vycházejí z modelu geotechnické úlohy, který je možné řešit analyticky fyzikálně matematickými postupy

32 3 Metody pro stanovení velikosti poklesů Empirické, analytické Minusy homogenní prostředí kruhový příčný průřez díla nezohledňují vliv výztuže Plusy jednoduché operativní časově méně náročné

33 3 Metody pro stanovení velikosti poklesů Numerické MKP,FLAC,UDEC

34 3 Metody pro stanovení velikosti poklesů Numerické Minusy vyšší časová náročnost přípravy modelu i výpočtu Plusy vyžadují menší míru zjednodušení reálné situace

35 3 Metody pro stanovení velikosti poklesů Fyzikální modelování Model z ekvivalentních materiálů tunel Březno (jíly) (F. Nazari, VUT v Brně 1997)

36 3 Metody pro stanovení velikosti poklesů Přímá měření Tunel Heatrow

37 3 Metody pro stanovení velikosti poklesů Základní parametry poklesové kotliny maximální hodnota poklesu poloha inflexního bodu šířka poklesové kotliny maximální naklonění v inflexním bodě maximální poměrné vodorovné přetvoření

38 3 Metody pro stanovení velikosti poklesů Idealizovaný příčný tvar poklesové kotliny Měřením reálných situacích bylo zjištěno, že vývoj tvaru poklesové kotliny se blíží průběhu Gaussovy křivky (funkce) rozložení chyb.

39 3 Metody pro stanovení velikosti poklesů Vztahy pro určení vzdálenosti inflexního bodu L inf

40 3 Metody pro stanovení velikosti poklesů Matematické vyjádření průběhu poklesové kotliny na základě nadvýlomu V 0 pro n se hodnoty diskrétního binomického rozdělení pravděpodobnosti blíží Gaussově křivce rozložení chyb u = u max. e u max maximální pokles i vzdálenost inflexního bodu od středu poklesové kotliny V s 2,5.i. u max Vs objem poklesové kotliny (podmínka V s = V 0 )

41 3 Metody pro stanovení velikosti poklesů vzdálenosti i inflexního bodu od středu poklesové kotliny (Peck 1969) Závislost mezi poměrnou šířkou poklesové kotliny (i/r) a relativní hloubkou středu tunelu pod povrchem (h/2r) pro různé typy zemin (Peck 1969) h hloubka středu díla pod povrchem terénu R poloměr díla (šířka díla) i vzdálenost inflexního bodu od středu poklesové kotliny

42 3 Metody pro stanovení velikosti poklesů Výpočet podle Pecka -předpoklady metody přetvoření jsou pružná poklesová kotlina je symetrická podle vertikální osy tvar poklesové kotliny je určen max. poklesem povrchu a objemem ztracené zeminy zavedena korelace dle experimentálních podkladů

43 3 Metody pro stanovení velikosti poklesů Výpočet podle Pecka plocha (objem) poklesové kotliny: maximální pokles v ose výrubu: inflexní bod: I = 0,61s max bod maximální křivosti M = 0,22smax

44 3 Metody pro stanovení velikosti poklesů Výpočet podle Limanova - předpoklady metody dvouvrstvý masiv se nahrazuje pružně se přetvářející polorovinou oslabenou výrubem pokryv má zanedbatelnou soudržnost deformační plocha na rozhraní pokryvu a skalního podkladu určuje parametry poklesové kotliny max. vertikální posun je určen pomocí objemu ztracené zeminy

45 3 Metody pro stanovení velikosti poklesů Výpočet podle Limanova Maximální pokles v ose

46 3 Metody pro stanovení velikosti poklesů Výpočet podle Fazekase Parametry sedání jsou odvozeny z deformací obrysu tunelu pro dvouvrstvé nadloží (pružný, homogenní a izotropní poloprostor)

47 3 Metody pro stanovení velikosti poklesů Výpočet podle Fazekase Sednutí povrchu terénu U je dáno vztahem: Uroz pokles rozhraní pokryvu a báze, L dosah poklesové zóny, Lroz dosah deformační jámy na rozhraní báze a pokryvu.