Dokumentace funkčního vzorku Kotevní tyčový prvek liniové instalace BOTDA pro sledování povrchových deformací terénu vyvinutého v rámci řešení projektu FR-TI3/609 Výzkum a vývoj detekce a kontrolního sledování kritických míst geotechnických konstrukcí zejména podzemního stavitelství, báňského průmyslu i ostatních inženýrských staveb Tento projekt je realizován za finanční podpory z prostředků státního rozpočtu prostřednictvím Ministerstva průmyslu a obchodu. Autoři Ing. Jan Záleský, CSc. Ing. Kristýna Čápová Ing. Marek Záleský, Ph.D. Stavební fakulta ČVUT v Praze Stavební fakulta ČVUT v Praze ARCADIS CZ a.s., divize Geotechnika Praha, prosinec 2013
Funkční vzorek: KTP-BOTDA Čís.:FVZ-01-11135 Kotevní tyčový prvek liniové instalace BOTDA pro sledování povrchových deformací terénu 1. Účel Aktivita svahových pohybů může být sledována pomocí vystrojení oblasti pro měření povrchových deformací terénu, [1]. V zájmové oblasti je vystrojena měřicí optickou linií nebo více liniemi, obr. 1. Optická linie musí překračovat ze stabilní části území, která je považována za část vztažnou, do části pohybově aktivní. Instalační schéma může být navrženo v jedné nebo více souběžných liniích zpravidla ve směru spádu svahu. Může být užito i schéma osnova útek pro sledování šíře aktivní oblasti dle obr. 1. Polohopis měřicích optických kabelů se stanoví podle [2]. V případě zemin, které jsou kypré nebo z jiných důvodů méně únosné a nejsou významně objemově závislé na vlhkosti ani nejsou namrzavé, je vhodné použít kotevní tyčové prvky pro instalaci měřicí linie. Kotevní tyčový prvek liniové instalace BOTDA, obr. 2, slouží pro uchycení měřicího optického kabelu a tvoří stabilizované body měřicí linie pro sledování povrchových deformací terénu. Pokud se měřicí linie kříží, je vhodné je vzájemně mechanicky propojit. Použije se varianta tyčového upínacího prvku, jež umožňuje i mimoúrovňové mechanické propojení. Funkční vzorek slouží pro výzkum a vývoj, pro účely demonstrace i výuky. Obr. 1 Schéma plošné instalace optických kabelů pro sledování povrchových deformací v nestabilním území. Legenda: 1 potenciálně nestabilní oblast, 2 stabilní část území, 3 ukotvení sledovaných bodů, 4 měřicí optický kabel, 5 vztažné body mimo potenciálně nestabilní oblast, 6 skruž s vývodem optických kabelů v optickém rozvaděči, [1] 1
Obr. 2 Vlevo kotevní tyčový prvek měřicího kabelu s navařenými křídly; hlava je kryta šroubem M 20 s velkoplošnou podložkou a plastovou chráničkou (nejsou před instalací připevněny), (foto M. Vopička). Vpravo detail připojení upínacích destiček a instalovaný optický měřicí kabel (foto J. Záleský) 2. Popis kotevního tyčového prvku liniové instalace Základem výsledného provedení kotevního tyčového prvku je svařenec z obrobků, jehož schéma je v obr. 3. Prvek je 1 250 mm dlouhý. Pro zvýšení tuhosti upnutí v zemině jsou navařena křídla ve směru kolmém na směr předpínání měřicího kabelu a napínání konvergenčního pásma. Čtvercový profil byl zvolen pro výslednou variantu z výrobních důvodů (snazší a levnější výroba). Upínací destičky optického měřicího kabelu, které svírají optický měřicí kabel, jsou připevněny pomocí dvojice šroubů M6 upevněných přímo do závitů v kotevní tyči. Horní konec tyče je obroben a má vnitřní závit M 20 pro upevnění kovadliny dynamické penetrace při vhánění prvku do zeminy a dál slouží k napojení zařízení k nezávislé kontrole posunů a připevnění víčka šroubem M 20 se zápichem pro anténu GNSS (Global Navigation Satellite System). V obr. 3 jsou uvedeny upínací destičky optického měřicího kabelu (pol. 3) a jsou to hotové díly, které jsou voleny podle užívaného měřicího kabelu. Tím je dosaženo univerzálního použití kotevního tyčového prvku. Obr. 3 Schéma kotevního tyčového prvku: 1 ocelová tyč čtvercového průřezu, 2 symetricky navařená křídla z páskové oceli ve směru kolmém na osu měřicí linie, 3 upínací destičky optického měřicího kabelu, optický kabel po obou stranách tyče 2
2.1 Varianty provedení kotevního tyčového prvku Prvek je navržen ve dvou variantách pro liniové upínání měřicích optických kabelů s možností korekce sklonu svahu s optickým měřicím kabelem: - Standardní tyčový prvek pro upínání kabelu v linii, obr. 3 a) - Polohovatelná destička, obr. 3 b) - Propojovací tyčový prvek k mechanickému spojení dvou křížících se optických měřicích linií, obr. 3 c) Z postupu vhánění vyplývá, že je třeba zarážet kotevní tyčové prvky ve svislém směru. Pokud je sklon svahu větší než cca 5, je vhodné upravit sklon upínacích destiček do směru optického kabelu. To se zajistí vložením polohovatelných destiček mezi tyč a destičky upínací. Polohovací destička má dva šrouby se závitem M 6 Tam, kde je třeba mechanické propojení dvou měřicích linií, se užije varianta propojovacího tyčového prvku, obr. 3 c). a) b) c) Obr. 3 Varianty výsledných provedení kotevního tyčového prvku: a) standardní tyčový prvek, b) polohovatelná destička, c) propojovací tyčový prvek. Legenda ad a) a c): 1 kotevní tyč, 2 pásková ocel, 3 upínací destička optického kabelu je upevněna dvojicí šroubů M 6 přímo k tyči, 4 optický měřicí kabel. Legenda ad b): 5 polohovatelná destička je upevněna dvojicí šroubů M 6 ke kotevní tyči místo upínací destičky kabelu. Upínací destička (pol. 3) je připevněna k polohovatelné destičce dvojicí šroubů M 6 po nastavení sklonu kabelu a zajištění. 3
Po napojení, upnutí a částečném zasypání měřicího optického kabelu v jedné linii se připevní druhý upínací prvek dvojicí šroubů M 12 k prvé desce. Následuje upínání optického měřicího kabelu v příčném směru. 2.2 Postup instalace prvků a měřicích optických kabelů Postup instalace standardních prvků vyplývá z obr. 4. Tyčový prvek se vhání do předem vyhloubené mělké rýhy pomocí soupravy dynamické penetrace, obr. XX, nebo lze do zeminy zatlačit s použitím ochranného nástavce pomocí hydraulického ramene rypadla. Obr. 4 Užití soupravy dynamické penetrace pro vhánění kotevních tyčových prvků Následuje rozvedení měřicího optického kabelu a jeho postupné mírné předpínání po jednotlivých úsecích, [1]. Obr. 5 Upínání měřicího optického kabelu šrouby M 6 s nastaveným kroutícím momentem (původní provedení kotevního tyčového prvku) 4
Je-li spád svahu větší než cca 5, použijí se ve směru spádu svahu polohovatelné destičky podle obr. 3 b). Po dokončení je kabel v rýze přesypán cca 0,05 m písku a následuje zásyp místní zeminou. Materiál v rýze je následně přehutněn lehkou vibrační deskou. V případě instalace propojovacích prvků se postupuje obdobně a je užíván kotevní tyčový prvek podle obr. 3 c). Dále je postup shodný s předchozím. Obr. 4 Kotevní tyčový prvek liniové instalace BOTDA. Legenda: 1 místní zemina, 2 výkop rýhy, 3 - kotevní tyč se stabilizačními křídly, 4 upevnění měřicího optického kabelu mezi dvojici destiček, 5 podsyp a překrytí kabelu pískem nebo vhodným sypkým materiálem, 6 zásyp místní zeminou, 7 závit M 20 pro upevnění kovadliny dynamické penetrace při vhánění prvku do zeminy, napojení zařízení k nezávislé kontrole posunů a připevnění víčka šroubem M 20 se zápichem pro anténu GNSS (šroub není zobrazen) 3. Použitá literatura 1. Záleský, J., Čápová, K. a Záleský, M.: Závěrečná zpráva z řešení etapy číslo 7. Poloprovoz 1. Kontrolní sledování potenciálně nestabilního svahu metodou BOTDR, souběžné ověřovací měření. Projekt FR-TI3/609, ČVUT v Praze, Fakulta stavební, katedra geotechniky, říjen 2013. 2. Záleský, J., Čápová, K. a Barták, J.: Výzkum a vývoj postupu stanovení polohopisu měřicího vlákna. Závěrečná zpráva z řešení etapy 5, Projekt FR- TI3/609, ČVUT v Praze, Fakulta stavební, katedra geotechniky, 2011, aktualizace srpen 2013. 5