2 Geodézie v podzemních prostorách

Transkript

VYSOKÉ U ENÍ TECHNICKÉ V BRN
FAKULTA STAVEBNÍ
OTAKAR ŠVÁBENSKÝ, JI Í BUREŠ, VLADISLAV HORÁK, ALEXEJ
VITULA
GEODÉZIE V PODZEMNÍCH
PROSTORÁCH
HE08 MODUL 02
M
ENÍ PODZEMNÍCH INŽENÝRSKÝCH STAVEB
STUDIJNÍ OPORY
PRO STUDIJNÍ PROGRAMY S KOMBINOVANOU FORMOU STUDIA
GEODÉZIE V PODZEMNÍCH PROSTORÁCH · Modul 2
© Otakar Švábenský, Ji í Bureš, Vladislav Horák, Alexej Vitula. Brno 2007
- 2 (98) -
Obsah
OBSAH
1 Úvod 5
1.1 Cíle ........................................................................................................5
1.2 Požadované znalosti ..............................................................................5
1.3 Doba pot ebná ke studiu .......................................................................5
1.4 Klí ová slova.........................................................................................5
2 Geodézie v podzemních prostorách ............................................................7
3 Podzemní inženýrské stavby........................................................................9
3.1 Rozd lení, ásti a pojmenování podzemních staveb.............................9
3.1.1
P íklady n kterých zajímavých podzemních staveb .............10
3.1.2
Význam hlavních geofaktor vzhledem k hloubce podzemní
stavby ....................................................................................14
3.1.3
Nomenklatura podzemních staveb podle JKSP ....................14
3.1.4
Rozd lení podzemních staveb podle dispozice.....................15
3.1.5
Rozd lení podzemních staveb podle zp sobu provád ní .....17
3.1.6
Rozd lení podzemních staveb podle p í iny ........................19
3.1.7
Názvosloví jednotlivých ástí tunelu ....................................19
3.1.8
Práce a innosti probíhající p i tunelování............................21
3.1.9
Další termíny týkající se podzemních staveb........................23
3.1.10 Faktory ovliv ující realizaci podzemní stavby .....................25
3.1.11 Typické hodnoty p í ných Ø liniových podzemních staveb35
3.2 M ení p i pr zkumných pracích ........................................................39
3.2.1
Inklinometrie.........................................................................39
4 Tunelová výstavba ......................................................................................43
4.1 Rozd lení tunelových systém a soustav............................................43
4.1.1
Klasické tunelovací soustavy................................................44
4.1.1.1 Stará rakouská tunelovací metoda ........................................45
4.1.1.2 Moderní rakouská tunelovací soustava.................................45
4.1.1.3 Podchycovací tunelovací soustava (belgická) ......................46
4.1.1.4 Jádrová tunelovací soustava (n mecká)................................47
4.1.2
Moderní tunelovací soustavy a systémy ...............................48
4.1.2.1 Vrtání a odst el......................................................................48
4.1.2.2 Prstencová metoda ................................................................48
4.1.2.3 Montovaná ost ní..................................................................50
4.1.3
M lké tunelové stavby ..........................................................53
4.1.3.1 Podzemní stavby ve svahovaných rýhách.............................55
4.1.3.2 Podzemní stavby v pažených rýhách ....................................56
4.1.3.3 Cover & Cut (Top – Down) ..................................................56
4.1.4
Tunely budované p ímo na povrchu a p esypané .................57
4.1.4.1 Metoda „želva“ .....................................................................57
4.2 Geodézie p i stavb tunel ..................................................................61
4.2.1
Povrchové a podzemní tunelové vyty ovací sít ..................63
4.2.2
Rozbor p esnosti tunelové prorážky .....................................64
- 3 (98) -
4.2.3
Vyty ování p i ražb tunel ................................................. 64
4.2.3.1 Vyty ení oblouku trasy komunikace v tunelu...................... 69
4.3 Významné tunelové stavby................................................................. 71
4.3.1
Alpské tunely........................................................................ 71
4.3.1.1 Historie výstavby alpských tunel ....................................... 71
4.3.1.2 Nové a plánované alpské tunely........................................... 72
4.3.2
Seikan tunel .......................................................................... 76
4.3.3
Tunel pod kanálem La Manche ............................................ 77
4.4 Geodetické zajišt ní výstavby a provozu metra ................................. 81
4.4.1
Geodetická práce pro p ípravu a projektování metra ........... 81
4.4.2
Geodetické práce spojené se stavbou metra......................... 82
5 M ení užitkových podzemních prostor .................................................. 84
6 M ení posun a p etvo ení objekt nad podzemními prostorami...... 87
6.1 Základní pojmy a požadavky.............................................................. 87
6.2 Poklesové jevy.................................................................................... 87
6.2.1
Metody pro stanovení deformací povrchu území p i
tunelování ............................................................................. 91
6.3 Geodetické m ení pokles ................................................................ 95
7 Záv r ........................................................................................................... 97
7.1 Shrnutí ................................................................................................ 97
7.2 Studijní prameny ................................................................................ 97
7.2.1
Seznam použité literatury..................................................... 97
7.2.2
Seznam dopl kové studijní literatury................................... 98
7.2.3
Odkazy na další studijní zdroje a prameny .......................... 98
- 4 (98) -
Úvod
1
Úvod
1.1
Cíle
Tento studijní text je ur en pro poslucha e magisterského stupn
kombinovaného studia oboru Geodézie a kartografie na FAST VUT v Brn .
Má za úkol poskytnout základní orientaci v problematice m ení v podzemí s
ohledem na zvláštní prost edí a podmínky v podzemních prostorách. Text je
soust ed n na problematiku vyty ování a m ení podzemních inženýrských
staveb. Navazuje se na modul M01 „D lní m ictví“.
1.2
Požadované znalosti
Je vyžadována základní znalost geodetických metod m ení polohy, p evýšení
a znalosti sou adnicových výpo t v etn znalostí z oblasti teorie chyb a
vyrovnávacího po tu. Dále se p edpokládá zvládnutí látky probírané v rámci
p edm tu „Inženýrská geodézie“.
1.3
Doba pot ebná ke studiu
Doba pot ebná ke zvládnutí látky p edm tu "Geodézie v podzemních prostorách" odpovídá rozsahu výuky 2 hodiny p ednášek a 3 hodiny cvi ení týdn po
dobu 13 týdn . Jedná se tedy p ibližn o 45 hodin. Z toho na studium tohoto
modulu p ipadá asi jedna polovina, tedy odhadem asi 20 – 25 hodin. Je nutné
po ítat s tím, že as pot ebný ke studiu se m že individuáln lišit.
1.4
Klí ová slova
Geodézie, podzemní prostory, podzemní inženýrské stavby
- 5 (98) -
M ení posun a p etvo ení objekt nad podzemními prostorami
2
Geodézie v podzemních prostorách
Geodézie se uplat uje významnou m rou p i p íprav a realizaci podzemních
inženýrských staveb. Geodetická m ení v podzemí náleží mezi zvláštní
aplikace geodetických m ických postup . Tato m ení se uskute ují ve
zvláštním prost edí, za nep íznivých sv telných podmínek, ve stísn ných prostorách, za zvláštních atmosférických podmínek (pr van, zvýšená teplota,
prašné a vlhké prost edí, nehomogenní teplotní pole aj.). Možnosti stabilizace
m ických bod jsou omezené, zám ry jsou kratší což p ináší zvýšené nebezpe í p sobení systematických chyb p i úhlových m eních. P itom u ady podzemních staveb jsou velmi p ísné požadavky na p esnost m ení a vyty ování.
- 7 (98) -
3
Podzemní inženýrské stavby
3.1
Rozd lení, ásti a pojmenování podzemních staveb
Nomenklaturu podzemních staveb podle jejich ú elu s vazbou na hloubku v níž
bývají umíst ny lze shrnout do následující tabulky 1.
Tabulka 1
Nomenklatura podzemních staveb podle ú elu a jejich umíst ní
v hloubce (podle O. Vrby, upraveno)
- 9 (98) -
3.1.1
Obr. 1
P íklady n kterých zajímavých podzemních staveb
Podzemní zimní stadión Gjøvik (alternativn bazén). Norsko – OH Lillehamer [zdroj: asopis Tunel cz]
- 10 (98) -
Obr. 2 a 3 - Primární a sekundární kolektor v Brn [MSK-Kolektory Brno]
Obr. 4 Centrální podzemní OV pro Helsinky [Atlas Copco]
- 11 (98) -
Obr. 5 a 6 - Schéma kompresní elektrárny – SRN [zdroj: asopis Tunel cz]
Obr. 7
Schéma podélného ezu podzemní kavernou pro uskladn ní ropných
produkt
Japonsko (Namikata) zásobník zkapaln lého propan-butanu (20032008); 3 kaverny profilu 650 m2, délky 430 až 485 m
- 12 (98) -
Obr. 8 Podzemní zásobník plynu P íbram – Háje [Subterra]
s parametry:
•
Zásoba 65 mil. m3 (tlak 9,5 MPa)
•
Možná dodávka do sít 6 mil. m3/den (10% R); výhled 9 mil. m3/den
•
Celková délka chodeb cca 45 km; vyztuženo cca 10% (komunika ní
chodba, k ížení tektonické linie atd.)
Obr. 9
Podzemní úložišt nízko- a st edn aktivních radioaktivních odpad . Olkiluoto
(Finsko)
- 13 (98) -
3.1.2
Význam hlavních geofaktor
zemní stavby
vzhledem k hloubce pod-
Je ocen n v tabulce 2 . Sou asn jsou zde p i azeny i použitelné technologie
výstavby podzemních staveb, op t vztažené na hloubku realizované podzemní
stavby.
Tabulka 2
3.1.3
Význam hlavních geotechnických faktor u podzemních staveb
s ohledem na hloubku (Podle O. Vrby)
Nomenklatura podzemních staveb podle JKSP
Podle JKSP . 825 (Jednotná Klasifikace Stavebních Prací = bývalé ceníkové
položky) se podzemní stavby lení na
Tunely
železni ní
silni ní
podzemních drah
plavební a í ní
p ívodní, obtokové a odpadní VD (vodních d l)
pro dopravníky
kolektorové
ostatní
Štoly
vodní tlakové
vodní s volnou hladinou
revizní a únikové
- 14 (98) -
spojovací a eskalátorové pro podzemní stanice
pr zkumné
ostatní
Podzemní halové objekty
objekty VD (vodních d l) – kaverny
hangáry, garáže, skladišt
podzemní istící stanice ( OV), nádrže, vodojemy
objekty CO
ostatní podzemní objekty
technické galerie kolektorových tras
Svislé a úklonné šachty
p ístupové a pr zkumné
v trací
dopravní, erpací
vyrovnávací (u vodních d l)
ostatní neuvedené.
3.1.4
Rozd lení podzemních staveb podle dispozice
Liniové podzemní stavby (u kterých jako rozm r p evládá délka)
Štoly (<16 m2)
Tunely ( 16 m2)
ležaté, vodorovné (odklon né max. 10° od horizontály);
úklonové, úklonné, úpadní (odklon né 10° až 60° od horizontály)
Šachty
svislé
šikmé, úklonné (60° až 90° od horizontály)
Poznámka: SN 73 7501-1993 (Navrhování konstrukcí ražených podzemních
objekt . Spole ná ustanovení) odlišuje šachtu a tunel nevhodn úhlem sklonu
45°]
Zvláštní typy (komíny, šibíky) – v podzemním stavitelství ídké.
- 15 (98) -
Obr. 10 Liniové podzemní stavby [J. Barták a M. Bucek, 1989]
Plošné podzemní stavby (p evládají u nich vodorovné rozm ry nad
výškou). Jde o podzemní garáže, skladišt , úložišt , sportovišt , laboratoe….
Obr. 11
Plošné podzemní stavby – podzemní garáže [J. Barták a M. Bucek]
1 - Vjezdový (výjezdový) portál
2 - Horninové pilí e
3 - Tunely (štoly)
4 - Výklenek pro manipulaci i další rozší ení
5 - Obslužný tunel (štola)
6 - P ístupový tunel (štola)
- 16 (98) -
Halové podzemní stavby – též velkoprostorové s velkou p dorysnou
plochou i výškou, do této skupiny pat í podzemní díla p í ného profilu
výrubu > 200 m2 a délky v tší nežli nejmenší rozm r p í ného ezu; Pat í sem kaverny PVE; hangáry; podzemní energetické zásobníky; vojenské objekty apod.
Obr. 12 Halové podzemní stavby. Kaverna VE Lipno [J. Barták a M. Bucek, 1989]
Kombinované podzemní stavby – jde o plošné i halové podzemní
stavby propojené s povrchem systémem liniových PS.
3.1.5
Rozd lení podzemních staveb podle zp sobu provád ní
Ražené podzemní stavby. Celá jejich výstavba probíhá v podzemí, bez
narušení nadloží. Obvykle se provád jí ve v tší hloubce.
Obr. 13 Ražené podzemní stavby [J. Barták a M. Bucek, 1989]
- 17 (98) -
Hloubené podzemní stavby. Jsou realizovány v otev ené jám , svahované i pažené, po zhotovení je podzemní stavba posléze zasypaná. Obvykle se provád jí v malé hloubce.
Obr. 14
Hloubené podzemní stavby
Kombinované podzemní stavby. Jsou realizovány obvykle v m lkém
p edkopu tak, že se provedou v prvním kroku pažící a nosné svislé konstrukce, dále je zhotoven strop na zemní skruži a na záv r jsou dobrány
vnit ní prostory p i sou asné úprav povrchu. Jsou-li stropní konstrukce
zaklenuté hovo í se o tzv. systému „želva“.
Obr. 15
Kombinované podzemní stavby
Protla ované podzemní stavby. Provád jí se pouze v zeminách a v
malé hloubce. Konstrukce je sestavována ve startovací jám a tla nou
- 18 (98) -
stolicí je celá posouvána vp ed, obvykle za odt žování zeminy v elb díla. Protla ují se pouze malé, nejvýše st ední profily.
Speciální podzemní stavby. Do této skupiny pat í nap . podzemní stavby provád né spoušt ním keton , naplavované a vysouvané konstrukce
podzemních staveb, podzemní stavby ražené nebo štítované za p etlaku
vzduchu, zmrazování pro zlepšení prost edí apod.
Mikrotunelované. Jde o ražené i protla ované stavby malých Ø (do
800 [resp. podle n kterých kritérií až do 2 000] mm) pomocí speciálních
souprav a postup .
3.1.6
Rozd lení podzemních staveb podle p í iny
– tj. p ekážek bránících realizaci nadzemní stavby
Tunely a štoly horské. P ekonávají p ekážky vyplývající z reliéfu terénu Do této skupiny pat í tunely vrcholové, nyní už i bázové – viz obr.
3.20. Horské tunely se b žn kombinují s mosty
Tunely a štoly m stské. P ekonávají p ekážky vzniklé hustým zastav ním intravilánu; provád jí se na jeho ochranu (nap . Pa íž má
v n kterých ástech až 7 podzemních podlaží). Vzniká mimojité i pot eba
plánování podzemního prostoru ve m st – viz „terratektura“, podzemní
urbanismus
Tunely a štoly pod vodou. Nahrazují mosty – p ekonávají eky. Provád jí se nej ast ji v ústí velkých ek, p ekonávají mo ské úžiny (Nizozemí, Hamburg, N.Y., Hongkong apod.)
Podzemní stavby ochranné. Navrhují se p i nevhodných terénních i
klimatických podmínkách jako ochrana p ed lavinami, sesuvy i íceními
a jako ochrana p ed extrémy po así. Dále jde o podzemní stavby pro uložení státních a energetických rezerv. Pat í sem i ist environmentální
podzemní stavby, p edevším n které dopravní tunely
Podzemní stavby záštitné. Tzv. „speciální“ stavby, „speciál. Jedná se
o podzemní stavby pro bezpe nost a utajení, kryty pro politické initele a
velení armády, kryty CO (civilní obrany), vojenská opevn ní, stavby pro
uložení zbra ových systém apod.
Podzemní stavby jiné (zvláštní až zcela zvláštní). Skladišt nebezpe ných látek a úložišt odpad ; Tunely a štoly špionážní, út kové, dobývací
apod.
3.1.7
Názvosloví jednotlivých ástí tunelu
Obvyklé názvosloví ástí tunelu je z ejmé z p í ných ez a z ezu podélného
na obr. 16 až 19.
- 19 (98) -
Obr. 16
Obr. 17
ásti tunelu po obvodu a v p í ném ezu [D. Kolymbas, 1998]
ásti tunelu v podélném ezu p i postupu ražby [D. Kolymbas, 1998]
Obr. 18
Konstruk ní ásti tunelu [D. Kolymbas, 1998, upraveno]
- 20 (98) -
Obr. 19 Konstruk ní ásti tunelu p i kruhovém Ø [ SN 73 7503/1997 – Projektování a
stavba tunel m stských drah]
3.1.8
Práce a innosti probíhající p i tunelování
Práce a innosti probíhající p i tunelování (ražba, výlom, vystrojení, pobírání…) jsou p ehledn rozvedeny v tabulce 3 a dále.
Pobírání je po adí a postup (tzn. len ní) prací v p í ném a podélném
ezu. Obvykle je aktuální pouze u velkých pr ez . U klasických tunelovacích soustav bylo asto mimo ádn sofistikované (obr. 20). U moderních
soustav (p edevším u Nové Rakouské Tunelovací Metody) se podle pot eby používá len ní výrubu p im en jednodušší (obr. 3.27).
Obr. 20
Klasické pobírání. Rakouská tunelovací soustava tzv. „moderní“ [J.
Barták a M. Bucek, 1989]
- 21 (98) -
Tabulka 3
Schéma prací a inností probíhajících p i tunelování
Obr. 21 Moderní len ní výrubu. NRTM. Tunel H ebe [Metrostav]
- 22 (98) -
3.1.9
Další termíny týkající se podzemních staveb
Tunelový pas = ást tunelu vymezená d lícími (dilata ními) spárami.
Velmi aktuální je vytvá ení tunelových pas u sekundární obezdívky.
Délka pas bývá 3 až 10 m
Tunelový prstenec = ást tunelu délky obvykle 1 až 1,5 m; max. 3 až 4
m, vylamovaná a vystrojovaná p i novodobých pracovních postupech najednou. Prstenec je aktuální p edevším u prstencové metody a u štítování
Horninová klenba = pásmo zvýšených nap tí v horninovém masívu
vzniklé v okolí výrubu v d sledku redistribuce nap tí z primárního stavu
napjatosti na stav sekundární. Nakyp ená rozrušená hornina pod horninovou klenbou zat žuje výstroj podzemní stavby horninovým tlakem
Nadloží tunelu = výška horninového masívu mezi rubem ost ní a terénem (resp. bází kvartéru) – obr. 3.22
Tunelový portál = vn jší ást ukon ující i zahajující tunelovou troubu
(rouru). Zachycuje podélné síly z horninového masívu a elní a bo ní tlaky v p edzá ezu. D íve portál sestával z portálového pasu, portálového
v nce, elní portálové zdi a k ídel. Portál musí spl ovat i architektonická
hlediska (obr. 3.28 až 3.31)!
Obr. 22
Klasický portál [J. Barták a M. Bucek, 1989]
- 23 (98) -
Obr. 23 až 25 Klasický portál (tunel .8/1, Novohradský). Moderní portál (tunel Branisko, SR). Standardní jednoduchý moderní portál (SRN)
Výrubní profil = plocha výlomu v hornin kolmá k ose tunelu (p ípadn podzemního díla)
Nadvýlom, vícevýlom = výlom v hornin nad uvažovaný výrubní profil
Sv tlost tunelu = istá sv tlá ší ka (od ost ní k ost ní) a výška (od záklenku k nivelet dna – po vy)
Délka tunelu = vzdálenost mezi líci portál m ená ve výšce 1 m nad
niveletou dna (po vy)
Kolektor = liniová podzemní stavba sdružující inženýrské sít
- 24 (98) -
Galerie = „polotunel“. Ochranná konstrukce (nej ast ji komunika ní
podzemní stavba) v úsecích ohrožených bo ními sesuvy zemin, skalním
ícením i sn hovými lavinami. Galerie bývají obvykle z izovány v
úbo ních od ezech
Obr. 26
Obr. 27
Galerie p i tunelu Löwenherz – SRN (Subterra a. s. Praha)
Japonsko (Kašiwazaki) – 16. 7. 2007 – sesuv po zem t esení 6,8° Richterovy stupnice. Sesuv p erušil železni ní tra t sn p ed z ízenou ochrannou galerií [m. f. Dnes, 17. 7. 2007]
3.1.10 Faktory ovliv ující realizaci podzemní stavby
Faktory ovliv ující návrh a realizaci podzemní stavby lze vyjád it následujícím
diagramem:
- 25 (98) -
Obr. 28
Diagram faktor
Horák, 2001]
ovliv ujících návrh a realizaci podzemní stavby [V.
Mezi jednotlivými, výše uvedenými faktory jsou velmi složité
vztahy dané vzájemnými závislými vazbami
Z hlediska inženýrského je realizace podzemní stavby považována za velmi náro nou
Zahrnutím nutné bezpe nosti b hem návrhu, provád ní i b hem provozu se za azují podzemní stavby (spolu s hrázemi vodních d l)
mezi nejnáro n jší inženýrská díla v bec!
logické
Obecn jsou podzemní stavby považovány za stavby velmi eko-
Z pohledu ekonomického jsou podzemní stavby velmi p ibližn
3x až 5x dražší než srovnatelné stavby pozemní. Vedle vysokých po izovacích náklad navíc p istupují u n kterých typ podzemních staveb i vysoké až velmi vysoké náklady provozní.
Základní návrhové prvky:
U plošných a halových podzemních staveb závisí základní návrhové (projek ní) prvky vždy na ur ení p edm tné stavby. ídí se obvykle zvláštními p edpisy (jsou-li tyto v bec k dispozici) p ípadn požadavky na objekt. Prakticky
vždy se jedná u t chto typ podzemních staveb o originální ešení Postupuje se
zde tedy p ípad od p ípadu.
Zevšeobecn ní základních návrhových prvk lze provést obvykle jen u staveb
liniových.
P í ný ez je dán:
Ú elem stavby. Zde se hledá pr jezdný i provozní profil a z n j se
následn odvozuje nutný p í ný ez díla. P í ný ez liniových podzemních
staveb standardn bývá symetrický (ostatn totéž obvykle platí i pro stavby
plošné a halové)
Geotechnickými pom ry v trase. Profil ost ní by m l odpovídat sm ru a velikosti horninového tlaku. Ost ní musí s masívem spolup sobit a
tedy odpovídat na p sobení horninového tlaku
Statickými požadavky. Proto bývá u podzemních staveb voleno tém
vždy (vždy když je to možné) zaklenutí. Zaklenutí je staticky maximáln
- 26 (98) -
výhodné; dispozi n potom obvykle již mén . Velké a velmi velké profily
se staticky navrhují obtížn
Vnit ním zatížením. To je rozhodující p edevším u vodních tlakových
štol. Proto se zde volí kruhový Ø
Hospodárností. Vždy by m la být snaha navrhovat co možná nejmenší
Ø, nicmén s možností nasadit alespo minimální mechanizaci. Plocha Ø
roste se tvercem rozm r (!), takže i malé zv tšení návrhových rozm r
v jednom sm ru m že mít za následek výrazné zv tšení plochy celého výrubu. Velké až velmi velké profily p inášejí problémy p i návrhu i p i provád ní. D ležitá je unifikace (pro možnost použití stejných dílc ost ní,
stejného taženého bedn ní ap.), takže práv ta m že asto rozhodnout o návrhu rozm r díla
V tráním. U siln dopravn zatížených silni ních a p edevším m stských tunel m že pr ezová plocha pot ebná pro p ívod a odvod v tr výrazn ovlivnit návrhový pr ez stavby
Technologií stavby. Profil výrubu je asto tvrd ur en použitou mechanizací – viz výše. Platí to p edevším pro štíty a TBM. U t chto technologií se navrhuje a provádí kruhový Ø, když dispozi n výhodn jší Ø
tvercový i obdélníkový nelze realizovat.
P í ný profil hydrotechnických štol s volnou hladinou (p ivad e, kanaliza ní štoly):
Vyplývá z požadovaného pr toku a optimální rychlosti proud ní vody
(ta iní 2÷2,5 ms-1)
Z požadavku alespo minimálního nasazení mechanizace p i stavb
(p eklopný pneumatický bagr pot ebuje na výšku min. 1,90÷2,30 m)
Ze sv tlé provozní výšky – ta by nem la klesnout pod 1,60 m, což je
pr chozí Ø. P i nasazení pneumatického p eklopného naklada e p i stavb
– viz výše – je spln ní této podmínky automatické
Typizované profily hydrotechnických štol s volnou hladinou jsou vykresleny na obr. 4.1. V ím složit jší geologii je stavba navrhována, tím více je profil zaklenut.
- 27 (98) -
Obr. 29
P íklady typizovaných profil hydrotechnických štol s volnou hladinou
[J. Barták - M. Bucek, 1989]
P í ný profil tlakových hydrotechnických štol (tlakové vodovodní
štoly a p ivad e VE, PVE):
V t chto štolách proudí voda podle stejných zákon jako v potrubí
Ost ní je namáháno rota n symetrickým vnit ním p etlakem; ten bývá zpravidla jeho nejv tším zatížením. Proto jde tém vždy o kruhové
Ø – obr. 4.2
Kruhový Ø je p itom sou asn staticky nejvýhodn jší i p i vysokých
horninových tlacích
Ost ní štoly je nutné posuzovat na kombinaci r zných zat žovacích
stav p i kolísání vn jších tlak a zatížení a vnit ního p etlaku od vody
ve štole
- 28 (98) -
Obr. 30
P íklady profil hydrotechnických tlakových štol [J. Barták a M. Bucek,
1989]
P í ný profil železni ních tunel :
Byl odvozen z:
max. rozm ru vozidla a rozm ru nákladu na vozidle
Na tratích D se postupn vyvíjel:
1. Profil základní (z obrysu vozidla) Pz, dále potom:
2. Obrys-vagónový
)
mezinárodní
O-VM
(O
3. Od r. 1957 Jednotný-vagónový mezinárodní 1-VM (
z n j pak:
4. Jednotný-stavební mezinárodní 1-SM (E.-C
elektrifikovaný SME (
)
Nyní je navrhován TUNELOVÝ PR JEZDNÝ PR
73 7508/2002 (Železni ní tunely) viz obr. 31 a 32.
–
– .
.),
.) resp. dtto
EZ podle SN
Pro každý tunel se má navrhovat pokud možno JEDNOTNÝ Ø. Výjimka je možná pouze u tunel v obloucích r zných polom r r. Tunelový
profil se navrhuje z extrémních hodnot polom ru r a p evýšení kolejí p
- 29 (98) -
Obr. 31
Tunelový pr jezdný pr ez pro elektrizovanou tra v p ímé a v oblouku
o polom ru R 300 m [ SN 73 7508/2002 (Železni ní tunely)]
Obr. 32
Sdružený tunelový pr jezdný pr ez pro elektrizovanou tra v p ímé a v
oblouku o polom ru R 300 m [ SN 73 7508/2002 (Železni ní tunely)]
P í ný profil metra:
Vychází z PR JEZDNÉHO PR EZU METRA podle
7509 /1995 (Pr jezdný pr ez metra) – obr. 33:
- 30 (98) -
SN 73
Obr. 33 P í ný Ø metra [ SN 73 7509 /1995 (Pr jezdný pr ez metra)]
P í ný profil silni ních a dálni ních (m stských) tunel :
Je ší ka mezi obrubníky (= jízdních pruh ) + ší ka vodících proužk
+ ší ka p ípadného p ídavného pruhu + ší ka oboustranných (nouzových)
chodník – obr. 4.6
Obr. 34 Konstrukce ší ky p í ného profilu silni ních, dálni ních a m stských tunel [D.
Kolymbas, 1998]
Rozm ry silni ních, dálni ních a m stských tunel vyplývají z
7507/1999 (Projektování tunel pozemních komunikací)
SN 73
SN 73 7507/1999 p edpokládá ší kové kategorie uvedené na obr. 4.7.
P estože tento p edpis nevylu uje obousm rné tunely, tak s ohledem na
(p edevším požární) bezpe nost se jejich realizace již jeví jako málo prav- 31 (98) -
d podobná. Podrobné rozm ry ší kového uspo ádání pozemní komunikace
v tunelu vyplývají z tabulky 4.
Tabulka 4
P ehled ší kového uspo ádání komunikace v tunelu [ SN 73
7507/1999 (Projektování tunel pozemních komunikací)]
Poznámky:
Ší ková kategorie tunelu T-7,5 by m la být navrhována pro
dlouhé (dl. >1 000 m) a st ední (dl. 200÷1 000 m) tunely
Ší kové kategorie tunelu T-8,5; T1-9,0 a T-10,0 by m ly být navrhovány pro krátké tunely (do 200 m)
Realizace dvoupruhových obousm rných tunel
nep edpokládá
se prakticky
Dopln ním ší ky tunelu o podjezdnou výšku potom vzniká kompletní
PR JEZDNÝ PR EZ (obr. 4.8). Podjezdné výšky se navrhují
v hodnotách:
Základní výška = 4,50 m (d íve 4,80 m)
Základní výška (4,50 m) m že být ve zvláš od vodn ných p ípadech zvýšena
Na místních obslužných komunikacích je podjezdná výška =
4,20 m
Nad chodníky je podchozí výška = 2,20 m (2,40 m nad p ilehlou vozovkou)
- 32 (98) -
Obr. 35
Pr jezdný pr ez silni ních, dálni ních a m stských tunel
7507/1999 (Projektování tunel pozemních komunikací)]
[ SN 73
Pot ebný pr ez tunelu se odvozuje z pr jezdného pr ezu jeho obalením plynulou k ivkou líce budoucí podzemní stavby. Obrys líce by m l
být co nejjednodušší. Bývá nej ast ji složený z kruhových oblouk se zachováním t chto zásad:
Následné polom ry by m ly být v pom ru < 5 (resp. 1/5). Nejmenší polom r r = 1,5 m (obr. 4.9)
Zaklenutí je staticky velmi výhodné (to proto, že v ost ní vznikají p edevším normálové síly; ohybové momenty potom jen p i výrazn rozdílné kvalit okolní horniny nebo nesymetrickém zatížení)
Spodní klenba se navrhuje vždy u slabých hornin (u kterých lze
o ekávat vysoké horninové tlaky nebo tlaky ve dn ) nebo p i vysokých
tlacích vody. Použitím spodní klenby („protiklenby“) se podkovovitý
profil (n mecky nazývaný „tlamový“) blíží profilu kruhovému.
Nicmén je z pohledu plochy hospodárn jší a v p ípad konven ních
metod tunelování i technologicky jednodušší
Obr. 36
Možná konstrukce p í ného ezu tunelu složeného z kruhových oblouk
[D. Kolymbas, 1998]
- 33 (98) -
P i teoretickém líci ost ní se ponechává rezerva profilu na tolerance a
budoucí rekonstrukce. Do volných prostor mezi pr jezdný profil a líc
ost ní je umíst no technologické vybavení a dopravní zna ení – obr. 4.10
Obr. 37
Pr ez raženého tunelu [ SN 73 7507/1999 (Projektování tunel pozemních komunikací)]
Pr ez únikové chodby a únikového tunelu: Úniková chodba (u dvou
paralelních jednosm rných tunel jde o tunelovou propojku z tunelu do tunelu) slouží pro záchranu osob, únikový tunel slouží pro evakuaci vozidel.
Úniková chodba pro osoby musí být z ízena maximáln po cca 350 m.
Únikový tunel se z izuje pro vozidla u každého 2. nouzového zálivu
Obr. 38
P í ný ez únikovou chodbou [ SN 73 7507/1999 (Projektování tunel
pozemních komunikací)]
- 34 (98) -
3.1.11 Typické hodnoty p í ných Ø liniových podzemních staveb
cca 10 m2
•
Kanaliza ní sb ra (kmenová stoka)
•
Dálnice (jeden jízdní pruh)
75 m2
•
Dálnice (dva jízdní pruhy)
90 až 110 m2
•
Železnice (jednokolejný)
50 m2
•
Podzemní dráha, Metro (jednokolejný)
35 m2
•
Rychlá železnice IC, EC (jednokolejný)
50 m2
•
Rychlá železnice IC, EC (dvoukolejný)
80 až 100 m2
Sm rové pom ry:
Sm rové pom ry jsou dány technologií stavby a provozními pot ebami p i
používání stavby. Velmi významné mohou být p i volb trasy i geotechnické
pom ry.
Požadavky technologie stavby (zde jde p edevším o minimální polom ry zatá ení stavebních mechanism rmin)
Kolejová doprava: rmin = 10 m
Samovykláp cí vozy: rmin = 12 až 30 m
Automobilová doprava, dempry, skipovací vozy, dopravníkové naklada e: rmin = 15 m
Razící štíty a TBM: zatá ejí jen velmi nerady (r > 100
m). Jinak probíhá tato ražba asto v p ímých úsecích z šachty do šachty nebo z komory do komory se zm nami sm ru práv v šacht i v komo e; tím
vzniká trasa v p dorysu polygonáln lomená
Ražba v p ímé a obloucích velkého polom ru je vždy
jednodušší a lacin jší
Pot eby provozní p i používání stavby:
Oblouky malého polom ru lze navrhovat pouze u hydrotechnických štol (u štol s volnou hladinou: rmin = 5 d; u tlakových štol:
rmin = 2,5 d; lépe 5 d; d = Ø štoly)
Železni ní tunely: rmin závisí na návrhové rychlosti. V
železni ních tunelech je rmin = 250 m. U oblouk r < 1 000 m vzniká nutnost rozší ení pr jezdného profilu. Tunely v obloucích se navíc i h e v trají
Silni ní, dálni ní a m stské tunely: rmin závisí na návrhové rychlosti. rmin = 300 m – takový tunel již nevyžaduje rozší ení. Za
výhodné se považuje umíst ní portál v oblouku, a to pro omezení osln ní
p i výjezdu a omezení zrcadlení portálu p i vjezdu. U obousm rných tunel
- 35 (98) -
(ty by však nem ly být navrhovány!) omezí zak ivení v oblouku osl ování
protijedoucích vozidel.
Výškové (sklonové) pom ry:
Minimální podélný sklon
B hem stavby je dán pot ebou gravita ního odvodn ní:
Min. 2 ‰ v tvrdých celistvých horninách
Min. 4 až 5 ‰ v horninách slabých. P i obsahu
jílových minerál nebo nebezpe í rozb ídání je odvedení vody mimoádn d ležité! Sklony pot ebné pro spolehlivé odvodn ní potom mohou být i vyšší
Dohorní ražba by m la být realizována vždy, když to jde.
Ražby úpadní p inášejí pouze problémy! Nejde jen o gravita ní odvodn ní. Velmi nebezpe ná je úpadnicová ražba p i nasazení kolejové
dopravy – zde jsou pracovníci v profilu, ale p edevším pak razi i na
elb maximáln ohroženi v p ípad uvoln ní d lních voz
P i dohorní ražb ze dvou portál vzniká charakteristicky
st echovitá niveleta a profil je velmi dob e podéln odvodn ný na ob
strany
Obr. 39
Charakteristická st echovitá niveleta liniové podzemní stvby p i dohorní
ražb z obou portál
Minimální podélný sklon u silni ních tunel pro provozní gravita ní
odvodn ní iní (s výjimkou vrcholového oblouku) 3 ‰
Maximální podélný sklon
Štoly s volnou hladinou: maximální podélný sklon odpovídá (p i optimální rychlosti vody cca 2 až 2,5 ms-1) cca 2 %. P i vyšších sklonech vznikají mnohem vyšší rychlosti vody. Potom hrozí vymílání
a eroze obezdívky. To je velmi d ležité u kanalizace, kde se proto eší vyšší spády pomocí šachet i spadišt
Vodní tlakové štoly: mohou mít jakékoliv sklony v etn
protispád . V nejvyšších místech trasy je umíst no odvzdušn ní, v nejnižších místech potom odkalení
- 36 (98) -
Železni ní tunely: sklon v tunelu musí být vždy menší
než ve volné trati (to proto, že v tunelu jsou horší podmínky provozu – je
zde v tší odpor vzduchu, vyšší vlhkost, horší osv tlení). Tunel se nesmí nikdy stát místem rozhodujícím o propustnosti trati!
Max. stoupání v železni ním tunelu:
s´= 0,8 s – 0,2 [‰]
[4.1]
kde:
(obecn < 2%)
s…max. stoupání v p íslušné trati
Silni ní, dálni ní a m stské tunely: podélný sklon se
navrhuje podle návrhové rychlosti, tak, aby nebyly z izovány p ídavné pruhy ve stoupání i v klesání (pro rychlost 80 km/hod je udáván max. podélný sklon 3,5 %)
•
Podle zahrani ních zkušeností u dlouhých tunel
sklon nem l p ekro it 2,5 %
•
Max. dovolený podélný sklon podle
však obvykle neuplat uje!):
by max. podélný
SN 73 7507 (tato hodnota se
o
silnice a dálnice 7 %
o
místní komunikace 8 %
Ve sv t se ob as setkáváme se sklony až k 15 % (zvlášt pro výrazné zkrácení ramp, p edevším ve m stech, nap . u podvodních tunel ). Zde je nutné zvážit, že s vyšším sklonem komunikace výrazn vzr stá nebezpe í kolize i
havárie a dále stoupá velmi podstatn i produkce exhalací a potažmo
stoupají i velmi výrazn náklady na v trání takového tunelu.
- 37 (98) -
4
M ení p i pr zkumných pracích
V p ípravné fázi inženýrských staveb se provádí geologický, geotechnický a
hydrogeologický pr zkum, kterým se zjiš ují vlastnosti základové p dy z hlediska zakládání stavebních objekt i navrhování pr b hu trasy a technologie
výstavby liniových staveb, a již povrchových nebo podzemních.
Geologický a geotechnický pr zkum obvykle probíhá v n kolika etapách (v
závislosti na rozsahu a druhu projektovaného díla):
• orienta ní pr zkum,
• p edb žný pr zkum,
• podrobný pr zkum,
• dopl kový pr zkum,
• vyhledávací pr zkum.
Pr zkumné práce se uskute ují sondováním (sondy, rýhy, štoly, šachty, výlomy apod.) nebo jinými zvláštními zp soby (plošný geofyzikální pr zkum,
zkoušky vlastností hornin a p dy, zvláštní m ení). Geodetické práce v souvislosti s pr zkumnou inností zahrnují vyty ování pr zkumných d l, jejich polohové a výškové zam ování, p ípadn m ení posun a p etvo ení.
Dokumentace stavebního geologického a hydrogeologického pr zkumu obsahuje
• technickou zprávu o vykonaných pr zkumných pracích a jejich vyhodnocení,
• p ehlednou geologickou mapu staveništ a jeho okolí (zpravidla v m ítku
1:10 000, 1:25 000),
• výkres polohy pr zkumných d l s vyzna enými výškovými údaji ve vhodném v tším m ítku,
• p ehledné geologické profily, zpravidla v podélném a p í ném sm ru projektovaného stavebního objektu ve vhodném m ítku (nap . 1:200/100),
• další p ílohy (výsledky fyzikálních zkoušek, chemických rozbor apod.)
• odborné posouzení výsledk pr zkumu.
P i geofyzikálním pr zkumu zahrnují geodetické práce polohové vyty ení pr zkumných bod , jejich výškové zam ení a jejich zákres do topografických
nebo jiných ú elových map (obvykle st edních m ítek).
4.1
Inklinometrie
Digitální biaxiální inklinometr je za ízení ke zjiš ování vertikálního a horizontálního pr b hu sond a vrt o malém pr m ru. M že být také využit k m ení
náklon . Inklinometrická souprava sestává z vlastního inklinometrického idla
(sondy), spoušt cího kabelu a komunika ního za ízení pro tení a záznam dat.
(Obr. 42).
- 39 (98) -
Sonda se spouští do pažení o daném pr m ru a po 0,5 m se ode ítají odchylky
ve dvou vzájemn kolmých sm rech (X , Y) pomocí akcelerometr . Orientace
inklinometrického idla se d je na magnetickém i gyroskopickém principu,
nebo se zm ny sm ru p enášejí mechanicky (souty ím). Diferenciálními m enými veli inami jsou zm ny azimutu, nadirového úhlu a délka mezi dv ma
ode ty polohy sondy i , k (Obr. 41).
Dosažitelné p esnosti jsou v mezích:
• azimut
: ± (3˚ – 5˚) ,
• vertikální úhel
: ± (1˚ – 3˚) ,
• vzdálenosti l : ± 1 % .
P epo tením nam ených hodnot na sou adnicové a výškové rozdíly se získá
možnost zobrazit pr b h vrtu v pr m tech do horizontální sou adnicové roviny
a dvou vzájemn kolmých vertikálních rovin. Dále se vykresluje rozvinutý
vertikální profil vrtu a po ítají se nadmo ské výšky jednotlivých m ených míst
vrtu a jeho elby.
Podle Obr. 41 platí pro výškový rozdíl h a polohovou odchylku s mezi dv ma po sob následujícími pozicemi sondy vztahy
h = l cos δ
,
s = l sin δ
,
y = s sin α
,
a sou adnicové rozdíly jsou
x = s cosα
Obr. 41 - Inklinometrické veli iny
- 40 (98) -
Obr. 42 Inklinometrická souprava
- 41 (98) -
5
Tunelová výstavba
5.1
Rozd lení tunelových systém a soustav
Tunelové soustavy a systémy lze rozd lit na:
Klasické:
•
Porubem
•
Pilí ové
•
Pláš ové (jádrové)
Moderní:
•
Vrtání a odst el
•
Prstencová metoda
•
Nová rakouská tunelovací metoda – NRTM (NATM)
•
TBM a štíty
o
TBM do tvrdých hornin
o
Štíty do zemin
Otev ené
Uzav ené (s podporou ela)
Pneumatický
Bentonitový (slurry, BS)
Zeminový (EPB, EBS)
Smíšené (pro oba režimy, tj. otev ené i s podporou ela)
Nožové
•
Speciální technologie (obvodový vrub, kesonování, naplavování, vysouvání, pneumatická ražba ap.)
•
M lké tunely
o Hloubené (Cut & Cover)
o Kombinované (Cover & Cut, Top-Down)
o Na povrchu (p esypávané, zasypávané)
o Systém „želva“.
- 43 (98) -
5.1.1
Klasické tunelovací soustavy
Tyto soustavy se d lily obvykle podle geometrie vytvá ení výrubu:
Porubem – otevíráním na celou ší ku
Pilí ováním – s ponecháním nosných horninových pilí
jednotlivými menšími výruby
mezi
Pláš ové (jádrové) – otevíráním po obvodu výrubu, s ponecháváním naposled uvoln ného jádra.
P i hodnocení podle asového postupu výstavby ost ní lze tyto soustavy rozd lit na:
Výstavbu ost ní až po plném vylomení profilu
Výstavba ost ní ve stádiu díl ích výlom .
V sou asné dob mají klasické tunelovací soustavy v zásad už jen historický
význam. Bylo jimi postaveno p edevším rozhodující množství železni ních
tunel v síti D a ŽSR. V R skon ila éra klasických tunelovacích soustav v
roce 1982, kdy p i rekonstrukci ásti železni ního Tunelu . 7 na trati Brno –
eská T ebová byla naposledy použita „Modifikovaná moderní rakouská metoda“.
Výd eva p i klasické tunelovací soustav . 1…pažení, 2…podélníky,
3…ramenáty a bedn ní, 4…plná vazba [K. Ratkovský – I. Kubík, 1989]
- 44 (98) -
5.1.1.1 Stará rakouská tunelovací metoda
Stará rakouská tunelovací metoda (p í níková, porubem – tj. na celou ší ku
výrubu)
5.1.1.2 Moderní rakouská tunelovací soustava
Moderní rakouská tunelovací soustava (pozor: neplést s Novou Rakouskou
Tunelovací Metodou!) byla nejznám jší a na území bývalého R.-U. a SR
patrn i nejpoužívan jší z klasických tunelovacích soustav.
Hlavní nosné prvky výd evy (provizorní výstroje) byly na líci výrubu uloženy
vodorovn a podéln . Podélníky bylo možné postupn odstra ovat s postupem
výstavby ost ní (tj. jeho zd ní). Postup prací je z ejmý z obr. 9.3 a 9.4.
Obr. 9.3
Postup prací p i „Moderní rakouské“ tunelovací soustav (tzv.
podélníkové i pilí ové). Uspo ádání výd evy [Ottova Encyklopedie]
- 45 (98) -
Obr. 9.4
„Moderní rakouská“ soustava – modifikovaná. Postup výstavby
[J. Barták – M. Bucek, 1989]
5.1.1.3 Podchycovací tunelovací soustava (belgická)
Výstavba tunelu touto soustavou spo ívala v tom, že se nejprve provád l výlom kaloty s definitivním vyzd ním klenby. Posléze se razila spodní ást profilu, ve které se vybudovaly op ry. Tato soustava se používala jen v pom rn
pevných horninách, ve kterých byla klenba schopná p enést horninové tlaky
bez nebezpe í pokles – obr. 9.5 a 9.6.
Obr. 9.5
Postup prací p i „Belgické“ tunelovací soustav (tzv. podchycovací). Uspo ádání výd evy [J. Barták – M. Bucek, 1989]
- 46 (98) -
Obr. 9.6
1989]
„Belgická“ soustava. Postup výstavby [J. Barták – M. Bucek,
5.1.1.4 Jádrová tunelovací soustava (n mecká)
Postup prací p i jádrové soustav je dán tím, že se nejprve vylamuje obvodová
ást pr ezu, tedy pláš . Ten se po ástech (jednotlivými štolami na obvodu)
postupn s výlomem i zajiš uje, až do uzav ení ost ní. Pod ochranou takto zhotovené obezdívky se jako poslední vylomí jádro – obr. 9.7 a 9.8.
Obr. 9.7
Postup prací p i „N mecké“ tunelovací soustav (tzv. jádrové).
Uspo ádání výd evy [J. Barták – M. Bucek, 1989]
- 47 (98) -
Obr. 9.8
1989]
5.1.2
„N mecká“ soustava. Postup výstavby [J. Barták – M. Bucek,
Moderní tunelovací soustavy a systémy
Klasické tunelovací soustavy byly velice pracné a z pohledu rychlosti výstavby
i dosti pomalé. Navíc byly mimo ádn náro né na spot ebu d eva, p edevším
kulatiny (hran né d evo se tém nepoužívalo). Jejich modernizace spo ívala
p edevším v úspo e d eva. Ta se realizovala použitím ocelové provizorní výstroje – tzn. p í ných žeber a skruží a ocelových i betonových pažin ponechaných v definitivním betonovém ost ní jako tuhá výztuž.
5.1.2.1 Vrtání a odst el
Systém vrtání a odst el se používá ve skalních horninách s velmi vysokou stabilitou (s velkým volným rozp tím a zna nou stabilitou v ase). Výrub se vystrojuje jen minimáln . Výstroj má obvykle charakter pouze obkladní jako
ochrana p ed ov tráváním. asto se používá jen rychlé svorníkování. Není-li to
nutné nevystrojuje se v bec.
Velmi d ležitý je správn zvolený postup trhacích prací, to pro zachování p í ného Ø a minimální rozvoln ní horniny do hloubky. V R nejsou horniny
vhodné pro tento postup p íliš obvyklé.
5.1.2.2 Prstencová metoda
Prstencová metoda se m že nasadit ve skalních horninách s dostate nou stabilitou, p íp. i v mén stabilních poloskalních horninách a zeminách (zde bývá
dopln na o štít). Ražba se provádí standardn plným profilem s použitím
trhací práce i TSM (= frézy, rypadla, impaktory). Není vylou eno ani jednoduché len ní s p edráženou horní pilotní štolou.
Krátké výlomové záb ry jsou bez odkladu vystrojovány definitivní výstrojí
s uzav ením prstence. Podle pot eby následuje obvykle rychlá zakládka a
vždy nezbytná v asná výpl ová aktiva ní injektáž. To, spolu s rychlým postupem prací i u velkých pr ez , omezuje rozsah rozvoln né zóny nad výrubem.
- 48 (98) -
Obr. 9.11
Prstencová metoda. Postup prací [J. Barták – M. Bucek, 1989]
Krátké záb ry zajiš ují stabilitu výrubu v podélném sm ru. U prstencové metody totiž vždy platí, že volné rozp tí l* = ší ce výrubu b. P itom je nutná stabilita p íd ! Nestabilní elba ohrožuje bezpe nost a výrazn snižuje i stabilitu
stropu, a to p edevším v podélném sm ru. Potom je nutné elbu podep ít,
obvykle kotvením, p íp. nestandardn p etlakem vzduchu. Další možností je
potom nasazení štítu. V n kterých p ípadech je možné prstencovou metodu
realizovat i s n kterými typy provizorní výstroje. Je-li prstenec obezdívky provád n z dílc vysoké hmotnosti ( ádov v q až t, b žn 1 až 1,5 t, max. cca 2,5
t) je nutný uklada neboli erektor – obr. 9.13. Pokud je používán jen erektor
bez štítu jde o erektorovou ražbu.
Obr. 9.13
Uklada ost ní – erektor. Zde uvnit razícího štítu. pohled od
ela výrubu [J. Barták – M. Bucek, 1989]
- 49 (98) -
V sou asné dob již není prstencová metoda v porovnání s dalšími konven ními i cyklickými metodami ražení (p edevším p i porovnání s NRTM) považována za dosti výkonnou resp. ekonomicky výhodnou. Nicmén z stává
pevn spojena se štítováním p ípadn s TBM.
5.1.2.3 Montovaná ost ní
Prstence ost ní jsou obvykle (i když ne nutn ) montovány z jednotlivých segment . Jako ost ní lze p i prstencové metod používat následující prvky i
technologie:
Litinové a ocelolitinové tubingy
Jde o pláš z litinových i ocelolitinových dílc , obvykle z šedé litiny. Dílce jsou standardn vyleh eny a sou asn vyztuženy žebry. Spojovány jsou
šroubením na p íruby. V dílech je vždy injek ní otvor, který m že být osazený i ventilem. Mezi tubingy se vkládá t sn ní r zných konstrukcí a
z r zných materiál (drážky v podélném a p í ném sm ru jsou t sn ny neoprénem – gumou, asfalto-azbestem, temováním olovem nebo aluminiem,
rychlovaznými cementy apod.). Tubingy se asto montují s vyst ídáním
tak, aby byla mezi nimi vytvo ena vazba na podélných sparách.
Hmotnost dílc bývá ádov v q. Jedná se o jedno z nejt žších ost ní. To je
zd vodnitelné pouze do siln tla ivých a zvodn ných hornin a to i proto, že
nese okamžit po smontování. Litinové dílce mohou být namáhány jen tlakem, ocelolitinové i tahem a ohybem. Navíc jdou i sva ovat (litinové obvykle ne) a mají oproti litinovým zhruba jen polovi ní hmotnost. Tubingy
jsou rovn ž mimo ádn nákladné.
Je-li prstenec skládán z tubing nebo z železobetonových dílc , nastávají v
d sledku nutnosti osazovat prvky zevnit profilu potíže s jeho uzavíráním.
V záv rku (záklenku) prstence potom musí být použity nestandardní dílce.
Obr. 9.17
Tubingy
v prstenci:
A…standardní,
B…asymetrický,
C…záv rný. 1 až 5…po adí v montáži tubing [D. Kolymbas]
- 50 (98) -
Lemované plechy (též „lisované plechy“)
Oproti tubing m jsou lehké, s hmotností cca 12 až 32 kg, i mén . Vyráb jí
se v r zných rozm rech odpovídajících pr m ru požadovaného prstence.
Lisují se z ocelového plechu tl. 3 až 8 mm, asto s prolisy pro zesílení. Spojují se podobn jako tubingy na p íruby, šroubením, s vyst ídáním ve vazb . Každý plech bývá obvykle opat en injek ním otvorem (standardn už
bez ventilu).
Velmi asto se lemované plechy používají jako kovové bedn ní stav né po
prstencích a sou asn ochra ující pracovišt . Toto bedn ní pln nese až po
zatvrdnutí cementové injektáže. Prstence mohou být vyztuženy (podep eny) vnit ní skruží.
Lemované plechy se vyzna ují nepom rn jednodušší manipulací a nižší
cenou než litinové a ocelolitinové tubinky. Sou asn však vykazují jen
zlomek tuhosti resp. nosnosti tubing .
Ost ní z betonových a železobetonových dílc (panel )
Betonové i železobetonové panely jsou podstatn levn jší než kovové tubingy. Mají však obvykle vyšší hmotnost (cca v prvních t). Používá se celá
ada typ a systém panel , tvarov asto odvozených práv od litinových
tubing . Stejn jako u kovových dílc zde platí požadavek na co nejmenší
typovost (to pro drahé výrobní formy a možné komplikace p i montáži). V
t žišti dílc je nutný otvor pro uchopení uklada em (erektorem). Tento
otvor obvykle slouží sou asn i pro injektáž.
Obr. 9.24
Stani ní tunel pražského metra. Prstenec ze železobetonových
p írubových dílc . D 7,8/8,8 m [J. Barták – M. Bucek, 1989]
Ost ní z lisovaného („extrudovaného“) betonu
Tento typ ost ní je zásadn z izován pouze v kombinaci se štítem. Monolitické
ost ní bývá z izováno z prostého betonu nebo drátkobetonu do taženého bed- 51 (98) -
n ní za štítem – obr. 9.25. Definitivní obezdívka je provád na po prstencích.
Beton se hutní lisováním štítovými lisy p i posunu štítu (viz štíty). Kladem
tohoto ešení je to, že se zbavíme sty ných spár s nutností jejich t sn ní a souasn omezíme deformace povrchu. Velkým záporem ešení je vysoká technologická náro nost provád ní a složitá konstrukce za ízení (p edevším náv su)
za štítem.
Obr. 9.25
Ost ní z lisovaného betonu do taženého bedn ní [K. Ratkovský
– I. Kubík, 1989]
Metoda ztraceného bedn ní (systém BERNOLD)
M že být použita p i prstencové metod , prstence už potom nemusí být vždy
v po v uzavírány. Jedná se o velmi neostrý p echod k dalším konven ním
metodám (nap . NATM), resp. jde o jedno z ost ní využitelných i p i NATM.
Primární i rovnou sekundární obezdívka podzemní stavby je z izována z betonu ukládaného do ztraceného bedn ní z prolamovaných nebo žebrovaných plech (9; 10; 11 žeber, tl. 1,25; 2; 3 mm) nebo husté sí oviny vyztužené pruty.
Pažící plechy mohou být v zeminách zatahovány nebo p edhán ny. B žná je
kombinace Bernoldova bedn ní s ocelovými skružemi (trvalými nebo vzty enými jen po dobu zrání betonu), s kotvením, p ípadn i se st íkaným betonem.
Tato technologie je vhodná i pro z izování šachet.
V po áte ní fázi po osazení se obezdívka chová jako poddajná, posléze s tvrdnutím betonu zvyšuje svoji tuhost. Kone ná tuhost obezdívky odpovídá tlouš ce betonu.
Pracovní cyklus prstencové metody:
1.
Vrtání na délku záb ru nutného k postavení prstence. Délka záb ru musí odpovídat stabilit horniny
2.
Nabíjení a odst el
3.
V trání (body ad 1. až ad 3. splývají p i strojním rozpojování TSM do
jednoho kroku)
4.
Nakládání a odvoz rubaniny (u TSM je provád no pr b žn )
- 52 (98) -
5.
Stav ní definitivní obezdívky
6.
Vyzd ní elní zídky (= ílkování). ílko je nezbytné pro zat sn ní diafragmy mezi rubem ost ní a lícem horniny ze strany elby. Zat sn ní
se provádí proto, aby bylo možné tuto mezeru zainjektovat. ílko pomáhá rovn ž sm rov a výškov rektifikovat nov stav ný prstenec
7.
Soub žn s vrtáním dalšího záb ru se provádí injektáž za rub ost ní.
Prstencová metoda – injektáž:
Injektáž je nezbytná pro vypln ní mezery za rubem nového prstence. Její
funkce je výpl ová, t snící a p edevším aktiva ní. Injektáž se provádí p es
injek ní otvory v tybincích (dílech). Mezeru mezi obezdívkou a horninou je
nezbytn nutné pe liv proinjektovat v etn záklenku, jinak hrozí porušení
obezdívky podélnými puklinami. Injektuje se nej ast ji cementem, n kdy metodou odd lené injektáže zafoukání ka írkem + injektáží cementovou maltou
nebo i jinými postupy. Injektáž je standardn provád na jako primární a následn jako sekundární. Injektáž postupuje odspodu, nahoru symetricky na ob
strany, s kontrolou ve vyšších otvorech (signálem ukon ení je vždy vytékající
injekce z otvoru vyššího dílce) – viz obr. 9.32.
Obr. 9.32
Postup injektáže za rub prstence p i prstencové metod .
udává krok injektáže
5.1.3
íslo
M lké tunelové stavby
Jedná se o podzemní stavby budované s povrchu, p i povrchu p ípadn i na
povrchu. Jako takové jsou umíst ny do menších hloubek – tj. do cca 15 až
nejvýše 20 m pod povrch. Jedná se v naprosté v tšin o stavby liniové, standardn z izované p edevším ve m stech p i p evád ní dopravy pod úrove terénu (pro automobily, tramvaje, Metro, cyklisty i p ší). V sou asnosti jsou
však aktuální i v extravilánu na trasách rychlé železnice, silnic a dálnic jako
environmentální – tj. tzv. biokoridory pro živo ichy a rostliny a pro ochranu
- 53 (98) -
životního prost edí p ed negativními vlivy dopravy: hlukem, prachem a exhalacemi. ist biokoridorové tunely jsou n kdy nazývány ekodukty.
Jako m lké tunely jsou standardn budovány i p íportálové úseky b žných tunel ražených v úsecích s malým nadložím.
M lké tunely se budují p evážn s nasazením metod speciálního zakládání staveb. Pokud jde o zasypávané konstrukce, tak platí (nad obvykle používané postupy) následující zásady:
Konstruk ní prvky je nutno dimenzovat nejlépe na klidový tlak
Dokon enou konstrukci podzemní stavby je nutné nesmírn
obez etn zasypávat. Konstrukci je nutné zasypávat symetricky a s
velmi šetrným zhutn ním zásypu. Hrozí totiž vážné nebezpe í dalšího
p itížení konstrukce tunelu p ídavnými tlaky od hutn ní i stavební mechanizace! Jsou známy p ípady vážného poškození dokon ované konstrukce zp sobeného práv nevhodným postupem zasypávání a hutn ní
zásypu).
Pro z izování m lkých podzemních staveb se používá ada stavebních postup
ozna ovaných esky jako: hloubení, spoušt ní, zasypání, p esypání apod.
Oproti eštin disponuje angli tina velmi výstižnou terminologií pro ozna ení
postupu stavby:
CUT & COVER (obr. 15.1)
COVER & CUT p íp. TOP-DOWN (obr. 15.2)
Toto ozna ení vychází z anglických termín :
•
Cut
•
Cover; Top = poklop,deska, pokrytí, zakrytí, p íp. i zásyp…
•
Down
Obr. 15.1
jáma
= výkop, zá ez, výlom…
= dol , dole
Postup výstavby ozna ovaný jako Cut & Cover. Pažená stavební
- 54 (98) -
Obr. 15.2
Down
Postup výstavby ozna ovaný jako Cover & Cut nebo Top –
5.1.3.1 Podzemní stavby ve svahovaných rýhách
Uplat ují se obvykle v extravilánu i na p edm stí, tam, kde je dostatek místa
pro zajišt ní svahu stavební jámy svahováním – obr. 15.3 a 15.4. Jde o lacinou
a rychlou technologii provád ní. Konstrukce štoly, tunelu nebo plošné podzemní stavby m že být:
•
monolitická
•
montovaná
•
kombinovaná
Obr. 15.3
Prefabrikovaný, monolitický i kombinovaný tunel realizovaný
ve svahované rýze (metoda Cut & Cover)
- 55 (98) -
Obr. 15.4
Konstrukce prefabrikovaného p tiprvkového tunelu budovaného
na okraji zástavby ve svahované rýze (metoda Cut & Cover)
5.1.3.2 Podzemní stavby v pažených rýhách
Uplat ují se obvykle v intravilánu, a to p i nedostatku místa, p i pot eb vodot sné stavební jámy nebo p i zajišt ní okolních stávajících objekt . K zajišt ní
stavební jámy se nasazují veškeré typy pažících konstrukcí (podzemní st ny
monolitické i prefabrikované, st ny pilotové ob as i št tové, berlínské a janovské pažení apod.). Pažení m že mít funkci jak ist technologickou, tak i konstruk ní a slouží rovn ž i jako ochrana p ed podzemní vodou.
Konstrukce štoly, tunelu nebo plošné podzemní stavby m že být:
•
monolitická
•
montovaná
•
kombinovaná.
5.1.3.3 Cover & Cut (Top – Down)
Tento postup bývá esky popisován rovn ž jako podzemní stavba kombinovaná. Obvykle jde o lacin jší a p edevším rychlejší ešení výstavby. Zvláštním
p ípadem tohoto postupu je metoda „želva“ (viz dále). Stavební realizace obvykle probíhá v následujících krocích:
1. Z ízení svislé podzemní konstrukce s pažící i nosnou funkcí. Je z izována p ímo s povrchu nebo ast ji z m lkého p edkopu
2. Provedení stropní (monolitické nebo montované) desky na zemní (horninové) skruži
3. Odt žení vnit ních prostor pod ochranou stropu. Stavební práce probíhají sou asn nejen uvnit objektu, ale i na povrchu.
- 56 (98) -
5.1.4
Tunely budované p ímo na povrchu a p esypané
Vybudovat tunel na povrchu a posléze jej p esypat je do jisté míry krajním
postupem. Používá se tam, kde je nutné provoz skrýt pod terén a nelze nebo
není žádoucí realizovat n které z p edchozích ešení. Takovými p ípady m že
být ekologie, ochrana a bezpe nost (p i nebezpe í sesuv i lavin), stavby
záštitné apod.
P esypané t leso m že s výhodou vytvá et protihlukový val nebo biokoridor.
Na povrchu p esypaného zemního t lesa bývá parková úprava, místní komunikace, cyklostezka apod.
Obr. 15.6
Podzemní stavba realizovaná na povrchu a posléze p esypná
5.1.4.1 Metoda „želva“
Metoda „želva“se s výhodou použije tam, kde je nutné omezit hloubku výkopu
(u silni ních a železni ních tunel se tímto ešením m že získat zhruba 4 až 5
m) a sou asn maximáln urychlit uvedení povrchu území do p vodního nebo
upraveného stavu. Dalším p ípadem použití této technologie výstavby jsou
hluboké portálové zá ezy ve kterých hrozí sesouvání. S metodou „želva“ se lze
setkat rovn ž u m stských tunel . P íklady realizace metodou „želva“ jsou
uvedeny na obr. 15.8.
Postup výstavby lze shrnout do následujících postupných krok (obr. 15.7):
1. Otev ení výkopu na úrove patek klenby
2. Na zemní skruži (výhodn ji) nebo na bedn ní se provede klenba primární obezdívky. Ta je nej ast ji monolitická, m že však být i montovaná
3. Výkop (resp. konstrukce klenby) se zasype a provádí se úprava povrchu. Sou asn probíhá ražba kaloty tunelu pod ochranou klenby
4. Dobere se vnit ní profil tunelu – tzv. lávka.
- 57 (98) -
Obr. 15.7
Postup výstavby metodou „želva“ [F. Klepsatel]
Obr. 15.8
Železni ní tunel Schellenberg (SRN, tra Nürnberg-Ingolstadt).
J portál, dl. 40 m. Klenba tunelu je založena na sloupcích TI. Ty
rovn ž chrání dobíraný profil [zdroj: asopis Tunel cz]
P íklady m lkých tunel :
Metro Praha: má p i celkové délce 54,7 km celkem 13,5 km hloubených tunel (25%). Na jednotlivých trasách jsou hloubené tunely zastoupeny:
A – 0,8 km
B – 4,4 km
C – 8,3 km.
- 58 (98) -
Brno - Pisárecké tunely (Pražská radiála): 1995÷97. Hloubené ásti
v délce cca 200 m ve svahované jám (Cut & Cover). Konstrukce tunelu
zhotovena s použitím posuvného bedn ní použitého uvnit ražené ásti pro
betonáž sekundární obezdívky – obr. 15.11.
Obr. 15.11
Hloubený J úsek pisáreckých tunel v Brn [SUBTERRA]
Tunel Dolní Újezd, R35. 1998-99. 2 roury, délka 98 m, Ø 85,5 + 79,4
m², hloubený ve svahované rýze (Cut & Cover), konstrukce tunelu prefabrikovaná – montovaná, p tiprvková. První ekologický tunel v R.
Obr. 15.13
Výstavba tunelu Velký Újezd [okresní týdeník Nové P erovsko]
- 59 (98) -
Nový T ebovický tunel (II. koridor, . T ebová– P erov). 20042005. 2 koleje, délka 550 m. Monolitické podzemní st ny, kotvené a rozpírané, mohutná p í ná rozp rná lamela (budovaná technologií podzemních
st n) pod velmi silným monolitickým dnem – obr. 15.15.
Obr. 15.15
T ebovický tunel [zdroj: asopis Tunel cz]
Výstavba stanice podzemní dráhy, Taipei (Taiwan). Cut & Cover /
Top - Down. Maximální snaha o zachování silni ního provozu na povrchu
– obr. 15.18.
Obr. 15.18
www]
Výstavba stanice podzemní dráhy v Taipei na Taiwanu [zdroj
- 60 (98) -
P echod pro zv
Obr. 15.19
5.2
(Kanada)
P echod pro zv
(biokoridor) v Kanad [zdroj www]
Geodézie p i stavb tunel
Pro ú ely projektování tunel je t eba p ipravit vhodné mapové podklady, zahrnující prostor p edpokládaného vedení trasy tunelu - Obr. 43
Obr. 43 - Projektový prostor (Brennerský tunel)
ešení trasy tunelu se zpravidla uskute uje ve více variantách, z nichž se posléze vybere definitivní návrh pr b hu trasy - Obr. 44
- 61 (98) -
Obr. 44 ešené varianty trasy nového Lötschbergského tunelu
Výstavba tunelu probíhá v podzemí za použití optimální technologie ražby
s využitím moderních technologií (Obr. 45), (Obr. 45), nebo v otev ené jám
(Obr. 45).
Obr. 45 Výstavba tunelu v otev ené jám
Obr. 46 – Mechanizovaný razící štít (TBM)
- 62 (98) -
Obr. 47 - Mechanizovaný razící štít (TBM)
5.2.1
Povrchové a podzemní tunelové vyty ovací sít
Vyty ovací sít pro stavbu tunel se d lí na povrchovou a podzemní ást. Jejich budování se ídí požadavky na p esnost tunelových prorážek.
Ú elem povrchové vyty ovací sít tunelu je získání sou adnicového a výškového propojení mezi charakteristickými body osy tunelu v míst obou portál s
požadovanou p esností. Klasické postupy budování povrchových sítí používají
lokální trigonometrickou sí vedenou terénem nad trasou tunelu (Obr. 48). Rekognoskace, stabilizace a zam ení takové sít bylo náro nou a pracnou záležitostí, zejména v lenitém vysokohorském terénu.
Obr. 48 - Klasická povrchová vyty ovací sí tunelu
V sou asné dob se k t mto ú el m využívá technologie globálních polohových systém (GNSS). Tato technologie nepot ebuje vzájemnou viditelnost
mezi jednotlivými body, které se z izují pouze v místech vstupních objekt
(portál , šachet, štol – viz. Obr. 16).
Podzemní tunelová vyty ovací sí je tvo ena volným polygonovým po adem
jednostrann p ipojeným a orientovaným pomocí bod portálové sít , postupn
prodlužovaným až k místu tunelové prorážky. Koncové body tohoto po adu
jsou používány k vyty ování sm ru p i ražení. Podzemní vyty ovací po ady
jsou v tšinou p ímé a rovnostranné.
- 63 (98) -
5.2.2
Rozbor p esnosti tunelové prorážky
Požadavky na p esnost tunelové prorážky jsou ur eny druhem a projektovými
parametry tunelu, technologií jeho výstavby a požadavky liniové stavby pro
kterou se tunel buduje. Skute ná p esnost prorážky je ovlivn na p esností povrchové vyty ovací sít , p esností p ipojovacího m ení v místech vstupních
objekt a p esností podzemní vyty ovací sít . Mezní odchylky prorážky jsou
stanoveny v [9].
Tunelová osa se zpravidla vyty uje ze dvou protilehlých sm r ( elba a protielba). Celková mezní odchylka prorážky M je odvozena ze stavební tolerance T podle vztahu T = 5δ M , používá se též pom ru T = 2 2δ M . Protože odchylka ve sm ru osy tunelu je mén významná, bývá obvyklé rozd lit celkovou
odchylku M mezi p í nou ( q ) a výškovou ( h ) složku:
δ M = δ q2 + δ h2
(5.1)
Výšková m ení lze zpravidla vykonat s vyšší p esností, volí se mezi ob ma
složkami pom r nap . δ q = 2δ h , což po dosazení do p edchozího vztahu dává
δ q = δ M 0,8 .
Za p edpokladu vyty ování místa prorážky dv ma protism rnými polygonovými po ady o stejném po tu vrchol tedy bude pro požadovanou st ední chybu jedné v tve platit vztah
mq = mq21 + mq22 =
δq
t 2
=
δM
t 2,5
=
T
2t 5
(5.2)
kde mq1 je st ední chyba vyjad ující vliv p esnosti povrchové sít a mq2 je
st ední chyba vyjad ující vliv p esnosti podzemního prorážkového po adu
v etn jeho p ipojení na povrchovou sí . V praxi je nutné zvolit optimální pom r obou t chto složek.
5.2.3
Vyty ování p i ražb tunel
Základem pro rozbory p esnosti vyty ení osy tunelu v podzemí je teorie rozbor p esnosti polygonových po ad – viz. [4].
Prorážkový bod je vyty ován jako koncový bod podzemního volného polygonového po adu, který je p ipojen a orientován na body portálové sít . Úloha
m že být interpretována jako „postupný rajon“ (Obr. 49).
- 64 (98) -
Obr. 49 - Vyty ení prorážkového bodu volným polygonovým po adem
P i vyty ení prorážkového bodu volným polygonovým po adem se pracuje
s následujícími daty :
Výchozí data : sou adnice výchozího bodu A [ xA , yA ],
orienta ní sm rník
0
M ené veli iny : vrcholové úhly
délky stran
i
si
.
( i = 1, 2,
, n-1) ,
( i = 1, 2,
, n-1).
Ur ované parametry : sou adnice vyty ovaného bodu P [ x , y ]
Poloha vyty eného bodu je ur ena dvojicí sou adnic x , y podle vztah
(ozna ení veli in viz. Obr. 49)
n −1
x = x n = xA +
i =1
y = y n = yA +
n −1
i =1
si co s α i
,
(5.3)
si sin α i
.
(5.4)
Sm rníky jednotlivých stran i jsou funkcemi orienta ního sm rníku a m ených vrcholových úhl
i . Jejich ur ující vztahy jsou (dle Obr. 49)
α j = α0 +
j
i =1
ω i − ( j − 1) 2 R
(5.5)
Skute né chyby v sou adnicích koncového bodu po adu lze vyjád it vztahy
ε x = ε x − ( y n − y1 )ε α +
A
0
n −1
i =1
cos α i ε si −
n −1
i =1
( y n − yi )ε ω
- 65 (98) -
i
(5.6)
ε y = ε y + ( xn − x1 )ε α +
A
0
n −1
sin α i ε si +
i =1
n −1
i =1
(xn − xi )ε ω
(5.7)
i
Uplatn ním zákona p enosu st edních chyb a kovariancí lze napsat vztahy pro
prvky kovarian ní matice vyty eného bodu :
st ední chyby jednotlivých sou adnic
m x2 = m x2A + ( y n − y1 ) mα20 +
n −1
m y2 = m y2A + ( xn − x1 ) mα20 +
n −1
2
2
cos 2 α i ms2i +
i =1
i =1
sin 2 α i ms2i +
n −1
i =1
n −1
i =1
( y n − yi )2 mω2
(xn − xi )2 mω2
(5.8)
i
i
,
(5.9)
kovariance
m xy = − ( xn − x1 )( y n − y1 ) mα20 +
n −1
i =1
sin α i cosα i ms2i −
n −1
i =1
(xn − xi )( y n − yi ) mω2
i
(5.10)
st ední sou adnicová chyba
m x2, y = m x2, y ( A) +
s12,n
2
mα20 +
1 n −1 2 1 n −1 2 2
ms +
si ,n mωi
2 i =1 i 2 i =1
(5.11)
V praktických p ípadech jsou asto spln ny podmínky stejné úrovn p esnosti
m ení délek stran po adu ( ms1 ≈ ms2 ≈ .......... msn −1 = ms ) a stejné úrovn
p esnosti
m ení
vrcholových
úhl
( mω1 ≈ mω 2 ≈ .......... mω n −1 = mω )
a
p edcházející vzorce pak p ejdou na jednodušší tvar :
st ední chyby jednotlivých sou adnic
m x2 = m x2A + ( y n − y1 ) mα20 + ms2
n −1
m y2 = m y2A + ( xn − x1 ) mα20 + ms2
n −1
2
2
i =1
i =1
cos 2 α i + mω2
sin 2 α i + mω2
n −1
i =1
n −1
i =1
( y n − yi )2
(xn − xi )2
(5.12)
(5.13)
kovariance
m xy = − ( xn − x1 )( y n − y1 ) mα20 + ms2
n −1
i =1
sin α i cosα i − mω2
n −1
i =1
(xn − xi )( y n − yi )
(5.14)
st ední sou adnicová chyba
m
2
x, y
= m
2
x , y ( A)
+
s12,n
2
mα20 +
n −1 2 1 2
ms + mω
2
2
n −1
i =1
si2,n
(5.15)
Zvláštním p ípadem tohoto typu polygonového po adu je p ímý po ad, kde
2 . Jestliže navíc platí další
hodnoty vrcholových úhl
i = 2R pro i
podmínka s1 = s2 = ...... = sn-1 = s , jedná se o po ad rovnostranný (Obr. 10).
- 66 (98) -
Obr. 10 - Vyty ení prorážkového bodu p ímým volným polygonovým po adem
Pro takový tvar volného polygonového po adu lze odvodit jednodušší vztahy
pro p esnost koncového bodu po adu v podélném a p í ném sm ru :
skute ná chyba podélná (ve sm ru po adu)
ε l = ε s + ε s + ........... + ε s =
1
n −1
n −1
2
εs
(5.16)
i
1
st ední chyba p í ná (kolmo ke sm ru po adu)
ε q = s ε ω + s (ε ω + ε ω ) + s (ε ω + ε ω + ε ω ) + ....................... +
1
(
1
2
1
2
3
)
+ s ε ω1 + ε ω 2 + ................ + ε ω n −1 =
[
(5.17)
]
= s (n − 1)ε ω1 + (n − 2 )ε ω 2 + ..... + ε ω n −1 = s
n −1
i =1
(n − i )ε ω
i
Za p edpokladu stejné úrovn p esnosti m ení délek stran s a vrcholových
úhl
i jsou pak st ední chyby dány výrazy
st ední chyba podélná
ml2 = (n − 1) ms2
2
(5.18)
st ední chyba p í ná
mq2 = s 2 mω2
n −1
i =1
(n − i )2
(5.19)
kterou lze se tením íselné ady upravit na kone ný tvar
mq2 = s 2 mω2
n (n − 1)(2n − 1)
6
(5.20)
Pro po ady s po tem vrchol n > 6 lze použít bez podstatné újmy na p esnosti
ješt jednodušší vzorec pro st ední chybu p í nou ve tvaru
m = s mω
2
q
2
2
(n − 1)3
7
=
n −1 2 2
L mω
7
kde L = s (n – 1) je celková délka po adu.
- 67 (98) -
(5.21)
V praktických p ípadech n kdy nebývá spln n p edpoklad stejných délek stran
po adu. Pak je obvyklé dosazovat za s pr m rnou délku strany
n −1
s=
i =1
si
(5.22)
n −1
Poznámka : Analýza odvozených vzorc pro rozbory p esnosti polohy bodu
vyty eného volným polygonovým po adem ukazuje, že chyby rostou se zv tšující se délkou po adu. Pokud je alespo p ibližn spln n p edpoklad p ímosti
po adu, pak je pro velikost podélné chyby na konci po adu rozhodující p esnost
délkového m ení a pro velikost p í né chyby je rozhodující p esnost úhlového
m ení. Pro p edb žné orienta ní rozbory p esnosti se dají velmi dob e použít
vzorce pro p ímý rovnostranný po ad. Jsou-li kladeny zvýšené požadavky na
p esnost vyty ení v p í ném sm ru, doporu uje se použití trojpodstavcové soupravy pro omezení vlivu centra ních chyb (d lní prorážkové po ady apod.). P i
vysokých nárocích na spolehlivost se n které strany po adu orientují pomocí
gyroteodolitu.
P i vyty ování p ímých tunel se používá vzorec pro výpo et p í né st ední
chyby koncového bodu p ímého rovnostranného po adu v p í ném sm ru
mq = s n mω
n − 1,5
3
(5.23)
Obr. 11 Vyty ování tunel v oblouku
P i vyty ování tunel v oblouku se používají upravené vzorce pro rozbor p esnosti obecného polygonového po adu. P i ozna ení veli in podle Obr. 11 a za
p edpokladu rovnostranného po adu platí pro st ední chybu koncového bodu ve
sm ru normály (p í ném) vztah [11]
mq2
md2
sin[(n − 1)δ ] cos [(n − 1)δ ]
=
n −1−
+
2
sin δ
2
r 2 mdc
r 2 mω2
sin[(n − 1)δ ] cos (nδ )
2
{
[
(
)
]
}
1
cos
1
δ
+
−
n
−
+
n −1 −
2
2
sin δ
d
(5.24)
je st edový úhel
kde d je délka strany obloukového polygonového po adu,
odpovídající této délce, r je polom r oblouku,
je vrcholový úhel, n je
- 68 (98) -
po et vrchol po adu, mω2 je st ední chyba vrcholového úhlu, md2 je náhod2
ná složka st ední chyby délky a mdc
je její systematická složka. Pro st ední
chybu ve sm ru te ny (podélném) platí vztah
mq2
2
md2
sin[(n − 1)δ ] cos [(n − 1)δ ] r 2 mdc
=
n −1 +
+
sin 2 [(n − 1)δ ] +
2
2
sin δ
d
+
r 2 mω2
sin[(n − 1)δ ] cos (nδ )
sin[(n − 1)δ / 2] cos (nδ / 2 )
3(n − 1) −
−4
2
sin δ
sin (δ / 2 )
(5.25)
5.2.3.1 Vyty ení oblouku trasy komunikace v tunelu
P i vyty ování oblouk trasy v tunelu se používá metoda p enášení p ístroje po
obvod oblouku (Obr. 12) nebo metoda postupného odbo ování od t tivy (Obr.
12):
Obr. 12 Metoda p enášení p ístroje po obvod oblouku
- 69 (98) -
Obr. 13 Metoda postupného odbo ování od t tivy
- 70 (98) -
5.3
Významné tunelové stavby
5.3.1
Alpské tunely
Alpský horský masív vždy p edstavoval obtížnou p ekážku p i trasování evropských dopravních komunikací. Tunelové stavby jsou jednou z významných
možností racionalizace transalpské dopravy, využívanou již po n kolik století.
5.3.1.1 Historie výstavby alpských tunel
První železni ní alpský tunel Fréjus – Mont Cenis byl vyražen v roce 1857.
Poté následovaly další tunelové stavby – Saint-Gotthard (1882 – délka 15 km),
Simplon (první fáze 1906, druhá fáze 1922 – délka 20 km, Obr. 14), Lötschberg (1913 – délka 14,6 km) a další.
Obr. 14 - Vyty ovací sí Simplonského tunelu
Hlavní silni ní tunely v alpském regionu byly uvedeny do provozu tém o sto
let pozd ji – Grand Saint Bernard (1964 – délka 5,8 km), Mont-Blanc (1965 –
délka 11,6 km, Obr. 15), San Bernardino (1967 – délka 6,6 km), Fréjus (1980 –
délka 12,9 km), Saint Gotthard (1980 – délka 16,9 km).
- 71 (98) -
Obr. 15 - Vyty ovací sí tunelu pod Mont Blankem
5.3.1.2 Nové a plánované alpské tunely
V roce 2007 byl zprovozn n Lötschbergský železni ní tunel (36 km), který
významn zkracuje trasu mezi Bernem a Milánem jako dopln ní Simplonského
tunelu.
Hlavní body povrchové sít v situované v blízkosti všech p ti portál tunelu
(Obr. 16) byly stabilizovány pilí i a ur eny technologií GPS. Body podzemní
sít byly stabilizovány po 250 m ve spodku tunelu prost ednictvím zapušt ných
kovových ep krytých šachticemi. Po každých 2 km byla uskute ována kontrola sm ru pomocí gyroorientace.
Požadované mezní odchylky prorážky byly 250 mm v p í ném sm ru a 125
mm ve výšce. Dosažené hodnoty odchylek p i prorážce nejdelšího st edního 21
km dlouhého úseku mezi Mitholz a Ferden byly 134 mm (p í n ) a 4 mm (vertikáln ).
- 72 (98) -
Obr. 16 - Trasa nového Lötschbergského tunelu
Modernizace železni ního spojení Lyon – Turín vyžaduje stavbu n kolika
tunel , z nichž nejdelší základní ("base") tunel je situovaný v úpatí horského
masivu mezi Saint Jean de Maurienne v Savojsku a údolím Susa v Piedmontské oblasti. Obr. 17, Obr. 18
Obr. 17 Tunely na železni ní trase Lyon - Turín
- 73 (98) -
Obr. 18 - Profil nejdelšího tunelu na trase Lyon - Turín
Nejrozsáhlejším sou asným tunelovým projektem v Alpách je nový železni ní
tunel pod Gotthardským pr smykem (Alp Transit Project). Tento 57 km
dlouhý tunel se stane nejdelším železni ním tunelem na sv t , který umožní
p evedení významné ásti silni ní dopravy mezi severem a jihem Evropy na
železnici, po ose Zürich - Milán. Má být uveden do provozu v roce 2016
Obr. 19 - Profil trasy Gotthardského základního tunelu
- 74 (98) -
Obr. 20 - len ní postupu výstavby Gotthardského tunelu
V dnešní dob se musí vlaky zdlouhav šplhat úzkými alpskými údolími až do
nadmo ské výšky 1100 m do sou asného Gotthardského tunelu o délce 15 km
Obr. 19). Nové transalpské propojení zkrátí cestu mezi Zürichem a Luganem o
hodinu a cestu z Mnichova do Milána o tém
ty i hodiny. Gotthardský základní (base) tunel probíhá v nadmo ské výšce zhruba 500 m. Stavba tunelu je
rozd lena t emi dalšími p ístupovými body na ty i úseky (Obr. 20). Prorážková tolerance byla stanovena v hodnot 25 cm.
Obr. 21 - Geodetické p ipojení Gotthardského tunelu
Základní vyty ovací sí tunelu byla zam ena GPS technologií. V míst každého z p ti p ístup do tunelu byly zbudovány p esnými terestrickými metodami lokální portálové sít , které jsou p ipojeny do základní vyty ovací sít
tunelu (Obr. 21).
Podzemní vyty ovací sí tunelu je tvo ena p esnými prorážkovými polygonovými po ady vedenými vyraženými ástmi tunel k místu prorážek. Každý
- 75 (98) -
takový prorážkový po ad za íná na jednom z bod portálové sít , z n hož je
viditelnost do tunelu. Na n m se zam uje osnova sm r zahrnující sousední
body tunelové mikrosít a první bod podzemního po adu. Tyto p esná p ipojovací m ení je vhodné uskute ovat v asných ranních hodinách, nebo alespo
p i zatažené obloze, kdy lze o ekávat homogenní teplotní pole.
Další m ení se uskute ují za využívání trojpodstavcové soupravy. Každý bod
podzemního prorážkového po adu je stabilizován kovovým epem v malé
šacht s ochranným poklopem. Jeho poloha je jišt na tve icí fixních zajiš ovacích bod ve st nách tunelu umož ujících v p ípad poškození nebo zni ení
bodu jeho obnovu. M ení osnovy sm r na každém bod po adu zahrnuje
sm ry na sousední body po adu a sm ry na zajiš ovací body. Tento postup
spolu s finálním vyrovnáním všech m ení zaru uje dosažení polohové p esnosti lepší než 5 mm na 1 km po adu.
Plánované zprovozn ní nového Brennerského tunelu, který je sou ástí železni ního spojení mezi Itálií a Rakouskem, je v roce 2020. S délkou 56 km to
bude klí ový element severojižní dopravní osy Palermo – Mnichov – Berlín.Obr. 22 .
Obr. 22 – Nový Brennerský tunel
5.3.2
Seikan tunel
The Seikan Tunnel (Seikan Tonneru or Seikan Zuid ) je 53.85 km dlouhý železni ní tunel v Japonsku, s 23,3 km dlouhým podmo ským úsekem pod úžinou Tsugaru mezi ostrovy Hokkaidó a Honšú Obr. 23.
- 76 (98) -
M ické práce zapo aly již v roce 1946, v roce 1971 byla zahájena stavba tunelu. První propojení obou stran bylo uskute n no v roce 1983 a 1988 byl tunel
otev en. Náklady na stavbu inily 4 biliony jen (3,6 bilion US$).
Obr. 23 - Trasa tunelu Seikan
Ražba tunelu postupovala protism rn z obou stran. Suchozemské úseky byly
raženy klasickými tunelovacími postupy. Ražba podmo ské ásti tunelu byla
zahájena mechanizovaným razícím štítem (TBM), po necelých 2 km se však
muselo p ejít na tradi ní hornický zp sob z d vod prom nlivých vlastností
hornin a dalších technologických t žkostí.
Ironií osudu je skute nost, že v sou asné dob je tento nejdelší dopravní tunel
na sv t nedostate n využíván, nebo mu úsp šn konkuruje levné letecké
spojení.
5.3.3
Tunel pod kanálem La Manche
Tunel pod kanálem La Manche (známý též jako Eurotunnel i Channel Tunnel)
je p es 50 km dlouhý železni ní tunel, v sou asnosti (2007) druhý nejdelší na
sv t , tedy o n co kratší než tunel Seikan v Japonsku, avšak s nejdelším podmo ským úsekem (37,9 km). Tunel ústí na anglické stran ve Folkestone
(Kent), na francouzské stran v Coquelles poblíž Calais (Obr. 24).
Obr. 24 – Trasa tunelu pod La Manche
- 77 (98) -
Výstavba tunelu zapo ala v roce 1986, zprovozn n byl v roce 1994.
Parametry tunelu pod La Manche:
• celková délka 50,45 km,
• podmo ský úsek 37,9 km (v pr m rné hloubce 45,7 m – nejhlubší místo 60
m pod hladinou mo e),
• doba pr jezdu tunelem – 20 minut (p i pr m rné rychlosti 160 km/hod),
Celkové náklady na stavbu se vyšplhaly na 10 bilion £ (p vodní rozpo et byl
p ekro en o 80 %),
Tunelové spojení tvo í trojice paralelních tunel (2 jízdní a 1 obslužný). Oba
jízdní tunely mají pr m r 7,6 m a jsou od sebe vzdáleny horizontáln 30 m.
Uprost ed mezi nimi probíhá obslužný tunel o pr m ru 4,8 m. P í né spojky
mezi trojicí tunel jsou z izovány po každých 375 m, komínové spojky (PRD –
pressure relief duct) pro vyrovnávání tlaku vzduchu p i pr jezdech vlakových
souprav jsou po 250 m - Obr. 25
Obr. 25 - Podélný a p í ný profil tunelu pod La Manche
Vyty ovací sí byla budována již pro p edchozí projekty. Spole né vyrovnání
m ického materiálu poskytlo neuspokojivou p esnost 4 ppm (16 cm/40 km),
což p i volb t = 3 dávalo interval spolehlivosti cca 50 cm/40 km. Našt stí byla
práv v této dob p ivedena do praktického stadia technologie GPS. Na objednávku stavební spole nosti TML byla v roce 1987 ur ena vzájemná poloha 6
bod (3 na anglické a 3 na francouzské stran ) dvoufrekven ními p ijíma i TI
4100. Ze sou adnicových rozdíl byly pak odvozeny vodorovné vzdálenosti a
azimuty, které byly zahrnuty do nového spole ného vyrovnání s p edchozími
klasickými m eními. Výpo ty vykonal francouzský národní zem pisný institut
(IGN) v zem pisných sou adnicích na mezinárodním referen ním elipsoidu.
Zem pisné sou adnice byly následn p etransformovány do pravoúhlého konformního sou adnicového systému s nezkresleným st edním poledníkem 0 =
1˚
a po átkem v pr se íku s rovnob žkou 0 = 49˚ (Obr. 25). P esnost sít
se tak zvýšila na 1 ppm (tj. 4 cm/40 km) a s uvážením p esnosti p ipojovacích
m ení na obou stranách mohla být st ední chyba povrchového polohového
propojení koncových bod tunelu stanovena na 5 cm.
- 78 (98) -
Obr. 26 - Vyty ovací sí tunelu pod La Manche
Výškové propojení p edstavovalo ješt v tší problém. Na obou stranách kanálu
byly sice k dispozici dobré nivela ní sít , ale jednalo se o dva výškové systémy
s rozdílnými nulovými horizonty, které p edtím nebyly nikdy spolehliv vzájemn propojeny. Pro ur ení rozdílu H obou výchozích nulových horizont
se nabízely t i praktické možnosti – trigonometrické výškové m ení, hydrodynamické nivela ní m ení a výškové propojení pomocí družicových metod.
Rozbory prokázaly nemožnost použití první a t etí možnosti a z stala tedy metoda hydrodynamická nivelace. Dlouhodobým m ením na t ech hydrodynamických profilech byla stanovena nejspolehliv jší hodnota rozdílu H = 30
cm, která byla použita pro p epo et výšek z francouzského výškového systému
IGN 69 do britského systému ODN. Tato hodnota byla podpo ena výsledkem
GPS zam eného profilu (bez uvážení pr b hu lokálního geoidu). S uvážením
p esnosti výškového p ipojovacího m ení na obou stranách bylo možné po ítat s nejistotou výškového propojení obou koncových bod tunelu cca 10 cm.
Za ú elem roz len ní celkové trasy tunelu na co nejkratší úseky byly zvoleny
nástupní objekty co nejblíže mo skému pob eží. Na anglické stran byly využity vybudované svážní štoly z d ív jší doby uvnit pob ežního útesu Shakespeare Cliff, na francouzské stran u Sangatte byla vybudována nová nástupní
kruhová šachta o pr m ru 55 m a hloubce 65 m. Vlastní tunelovací práce byly
tedy rozd leny do ty samostatn ražených sekcí:
• 3,5 km podzemní úsek na francouzské stran ,
• 16,5 km podmo ský úsek na francouzské stran ,
• 22,0 km podmo ský úsek na anglické stran ,
• 8,5 km podzemní úsek na anglické stran ,
- 79 (98) -
ili sou asn se razilo 12 samostatných tunelových úsek . St ední (obslužný)
tunel byl ražen se stálým p edstihem 2 – 7 km pro v asné zjišt ní neznámých
geologických podrobností trasy. Další význam m l tento postup pro korigování
sm ru ražby obou jízdních tunel s využitím odchylek zjišt ných p i prorážce
obslužného tunelu. Ražba byla provád na speciálními plnopr ezovými automatizovanými razícími mechamismy schopnými vyrazit až 50 m plného profilu
denn .
Podzemní vyty ovací sí byla tvo ena dvojicí volných polygonových po ad
vyztužovaných gyroskopickými azimuty, s diagonálními spojnicemi trojice
tunel ,.Výškové m ení bylo uskute ováno po ady p esné nivelace, rovn ž s
p í nými propojeními tunel . Plánovaná p esnost m ení v obtížných podzemních podmínkách byla stanovena st edními chybami vrcholových úhl m =
0,5 mgon, délek stran ms = 1 mm, gyroskopických azimut mA = 1 mgon, a
st ední kilometrovou chybou nivelace m0 = 2 mm.
Automatizované vedení ražby na anglické stran a na t ech francouzských úsecích bylo uskute ováno systémem TG 260 (Tunnel Guidance System), pro
zbývající t i úseky na francouzské stran byl nasazen nov vyvinut n mecký
systém TUMA využívající nejmodern jší m ící techniku té doby (motorizovanou samonavád cí totální stanici Geodimeter 140 SMS v on-line spojení s
po íta em, elektronické náklonom ry a pomocné elektronické dálkom ry).
innost systému TUMA p i vyty ení jednoho záb ru razícího mechanismu
byla následující:
1) automaticky pracující motorizovaný teodolit sledoval p i ražení sm rem
kup edu dva odrazné hranoly umíst né na razícím stroji, v p edepsaných intervalech na n m il vzdálenosti a také vodorovné a svislé úhly,
které ihned p edával po íta i,
2) výpo etním programem se vypo ítaly z t chto dat 3D sou adnice bodu
na ele razícího mechanismu; po transformaci na projektovanou osu tunelu se získaly okamžité hodnoty p í né a výškové odchylky, které bylo
možné vytisknout na p ipojené tiskárn (Obr. 27) - idi mechanismu se
v dalším záb ru snažil vrátit tyto odchylky na nulové hodnoty, nebo je
alespo udržoval v toleran ním intervalu ± 50 mm,
3) jakmile po íta zjistil, že omezené možnosti sm rových a výškových
korekcí vedení štítu zp sobí vybo ení z toleran ního intervalu, vypo ítal tvar korek ní k ivky, po níž se štít mohl znovu vrátit do osy tunelu
po cca 10 – 30 m,
4)
ty i pomocné elektronické dálkom ry m ily p i zabudování každého
prstence ost ní tunelu radiální vzdálenosti k vnit ním st nám tubing
pro minimalizaci dokon ovacích prací,
5) po íta navíc vyhodnocoval p edb žné tendence vývinu odchylek a vypo ítával jejich predikované hodnoty po dalších 10 m ražení,
6) všechny výsledky byly ukládány do pam ti a v p edem stanovených intervalech nebo kdykoliv na povel byly vytišt ny.
- 80 (98) -
Obr. 27 Grafický výstup p i vedení ražby systémem TUMA
Prorážka obslužného tunelu (service tunnel) se uskute nila 30. íjna 1990. Odchylka prorážky byla 361 mm v p í ném sm ru, 69 mm v podélném sm ru a 58
mm ve výšce. Pom rn vyšší hodnota prorážkové odchylky v p í ném sm ru
byla pozd ji vysv tlena nedostate n zohledn ným vlivem bo ní refrakce p i
úhlovém m ení v podzemí.
Není bez zajímavosti, že spole nost provozující dopravu tunelem vyhlásila v
roce 2006 bankrot, protože zisky z provozu tunelu nepokrývaly splácení úv r
na stavbu.
5.4
Geodetické zajišt ní výstavby a provozu metra
M stské podzemní dráhy zajiš ují osobní dopravu ve velkých m stech odd len od ostatní povrchové dopravy a vyzna ují se rychlostí, spolehlivostí a bezpe ností. Geodetické zajišt ní výstavby metra je vysv tleno na p íkladu našeho
zatím jediného – pražského – metra, jehož výstavba zapo ala v druhé polovin
minulého století a stále pokra uje.
5.4.1
Geodetická práce pro p ípravu a projektování metra
Trat pražského metra jsou dvojkolejné, pr m r obou jízdních tunel je 5,1 m,
stani ní tunely mají pr m r 7,8 m. Kolejový svršek je bezpražcový, s bezstykovou kolejnicí. Oblouky mají minimální polom r 350 m, podélný sklon se
pohybuje v mezích 3 – 40 ‰ .Výškové oblouky mají minimální polom r 2000
m.
Projektovými podklady jsou mapy m ítek 1 : 200 až 1 : 5000. D ležitým podkladem je Technická mapa Prahy 1 : 500 obsahující zákres podzemních i nadzemních inženýrských sítí. Ve stadiu úvodního projektu se již stanovuje pr b h
trasy metra v sou adnicích. To si vyžaduje zpracování samostatné geodetické
ásti úvodního projektu sestávající ze
- 81 (98) -
• situace 1 : 1000 se zákresem pr b hu trasy metra a souvisejících objekt ,
• seznam sou adnic a stani ení hlavních bod trasy,
• projektu základní vyty ovací sít (ZVS) a hlavních výškových bod (HVB)
na povrchu a v podzemí,
• výpisu z katastru nemovitostí pro ochranné pásmo metra,
• technické zprávy.
Provád cí projekty pro jednotlivé objekty metra (stani ní a tra ové tunely,
tra ové spojky, eskalátorové tunely aj.) musí být po geodetické stránce zkoordinovány. Protože výstavbou metra jsou ovlivn ny existující povrchové objekty, je vytvo eno ochranné pásmo vymezené vzdáleností 35 m od osy krajní
koleje a 30 m od vn jšího líce podzemních stavebních objekt . Sou ástí projektových prací je též vypracování podklad pro majetkoprávní vypo ádání
stavby.
Geodetickým základem pro výstavbu metra se stala zvlášt vybudovaná Místní
trigonometrická sí Praha. První varianta této sít (MTSP – 74) zahrnovala 17
bod , z nichž 9 bylo identických s body JTSK. V síti byly m eny délky a osnovy sm r . Její definitivní orientace byla získána modifikovanou Helmertovou transformací tak, aby výsledné sou adnice byly blízké sou adnicím S –
JTSK, a zárove aby byla zachována vysoká vnit ní p esnost charakterizovaná
jednotkovou st ední chybou sm ru m0 = 0,241 mgon a pom rnou st ední chybou vyrovnané délky lepší než 1 : 500 000. V roce 1984 byla tato sí obnovena
(MTSP – 84) se zm n nou strukturou (16 bod , z nich 8 totožných s body p vodní sít a 8 nových). Nov byla sí zam ena délkov , pouze na t ech bodech
byly m eny osnovy sm r , a vyrovnána byla jako vázaná – body p vodní sít
byly vzaty jako identické.
5.4.2
Geodetické práce spojené se stavbou metra
Mezi body MSTP jsou vkládány polygonové po ady (I, II, III kategorie) jimiž
jsou ur ovány p ipojovací body v blízkosti vstup do podzemí (šachty, otev ené jámy). Tyto body jsou stabilizovány betonovými bloky 50 x 50 x 100 cm a
slouží k propojení povrchové a podzemní m ické sít . Jejich poloha je zajišt na trojicí zajiš ovacích bod .
Výškové bodové pole pro pražské metro je tvo eno body základních a podrobných nivela ních sítí v Praze vyhovujícími pro daný ú el, a dále hlavními výškovými body metra (HVB) na povrchu ve vzájemných vzdálenostech 200 m
podél tras metra a v p í ných vzdálenostech do 100 m od tras.
P ipojení podzemních sítí se uskute uje provážením jednoho bodu v šacht ,
jehož sou adnice se ur ují rajonem z p ipojovacího bodu. Na n m se m í
osnova sm r s t emi orienta ními body, délka se m í pásmem 6x. Mezní odchylka od pr m ru je δ s = 0,0004 s . V podzemí se na p ipojovacím bod v
p ístupové štole m í osnova sm r na záv s olovnice, bod polygonového poadu a dva orienta ní body. Hloubkové p ipojení se uskute uje pásmem se
zavád ním všech p íslušných korekcí p i dodržení mezní odchylky jednoho
m ení ve dvojici h = 3 mm .
- 82 (98) -
Usm rn ní podzemních prorážkových po ad se d je gyroteodolity. Usm r ována je vždy první strana a poslední strana p ed prorážkou, p ípadn další Obr. 28. Každé usm r ovací m ení se provádí dvojicí gyroteodolit z excentrických postavení ve t ech observa ních sériích. Požadovaná st ední chyba
usm rn ní je 1 mgon.
Délky tra ových tunel v jednotlivých úsecích jsou do 1000 m. Požadovaná
st ední chyba v prorážce je 20 mm.
Obr. 28 - Podzemní vyty ovací sí metra
Geodetické práce p i ražb tunel zahrnují vedení razících mechanism prost ednictvím zám rné p ímky realizované laserem, která se do požadovaného
sm ru a sklonu ustaví geodetickým m ením z bod podzemní m ické sít .
P i použití prstencové metody se volí zám rná p ímka v se n oblouku. Znalost
pr b hu osy tunelu a zám rné p ímky v sou adnicích a ve výšce umož uje
kontrolovat správnost uložení jednotlivých prstenc odm ením jejich kolmých
horizontálních a vertikálních vzdáleností od zám rné p ímky. Zjišt né rozdíly
slouží k up esn ní uložení následujícího prstence. Mezní odchylka prostorové
polohy st edu prstence je 25 mm p i ukládání a 50 mm za ereketorem. P i štítování je nutné štít do správné polohy nasm rovat. To se d je pomocí dvojice
plošných stupnic umíst ných kolmo na podélnou osu štítu. P i rektifikaci štítu
po jeho smontování se ur í geometrický vztah mezi jeho podélnou osou a st edy stupnic. Diference se berou v úvahu p i výpo tu odchylek polohy štítu v i
projektované ose tunelu. Do správné polohy a sm ru se štít nastavuje pomocí
hydrauliky v jeho zadní ásti. Eskalátorové tunely jsou raženy ve sklonu 30˚ a
zám rná p ímka se volí v ose.
Dalším úkolem geodet je kontrola prostorové polohy ost ní vyražených tunel , jehož mezní stavební odchylka je 100 mm. Kontrola se provádí t ístup ov
– po smontování prstence, po projetí erektoru nebo štítu, a po pokládce kolejí.
Poloha kontrolních bod ost ní v i projektové ose tunelu se ur uje trigonometricky nebo fotogrammetricky.
M ení p i pokládce kolejí p edpokládá vybudování podkladních beton a dále
vyty ení a stabilizaci kolejových zna ek vzhledem k bod m základní vyty ovací sít (ZVS).
Kolejová zna ka slouží k polohovému a výškovému umíst ní železni ního
svršku metra (Obr. 29). Je to šroub se zaoblenou hlavou, ve které je vyvrtán
otvor o pr m ru 2 mm. Do kone né polohy se ustaví podle vyty ovací zna ky
- 83 (98) -
posunováním v horizontálním sm ru a šroubováním v matici spojené s konzolkou p iva enou k ocelové desce zasazené do betonového bloku zabudovaného
do ost ní tunelu.
Obr. 29 - Kolejová zna ka a normálové pravítko
P i vyty ování a kontrole uložení kolejnicových pás se používá normálové
pravítko umož ující nastavení p ístroje a cílové zna ky do požadované vzdálenosti od kolejové zna ky ve sm ru p í ného ezu.
P ed uvedením do provozu je t eba vykonat kontrolní m ení. Kontroluje se
• pr jezdný pr ez (fotogrammetricky a kalibrovanou pr jezdnou šablonou),
• rozchod koleje (komparovanou rozchodkou),
• p evýšení kolejnicových pás (rozchodkou nebo p esnou nivelací),
• sm rové a sklonové pom ry (m ením vzep tí a nivelací).
Na záv r se vyhotovuje mapová dokumentace ochranného pásma metra s obsahem technické mapy m sta 1 : 500 dopln né o zákres objekt metra, hranic
ochranného pásma a další údaje. Jako podkladu se využívají Technická mapa
metra (TMM) v m ítku 1 : 200 , podélný profil 1: 200/100 a p í né ezy tunel
(1 : 20) a stanic (1 : 100) .
Okruh geodetických prací spojených s výstavbou a provozem metra zahrnuje
ješt bezpe nostní a periodická m ení svislých (a vodorovných) posun objekt metra a povrchových objekt v ochranném pásmu (viz. kapitola 6).
6
M ení užitkových podzemních prostor
Zam ování a po izování m ické dokumentace sklep , podzemních sklad ,
katakomb aj. se podstatn neliší co do používané metodiky od povrchových
m ení. Rozdílné jsou však podmínky, za jakých m ení probíhá. Typické jsou
zde stísn né pom ry, nedostate né osv tlení, zvýšená vlhkost i vodní pr saky,
n kdy špatná kvalita vzduchu a zvýšená teplota.
Geodetické práce zde obvykle zahrnují
• vybudování, zam ení a p ipojení sít m ických bod ,
• podrobné m ení,
- 84 (98) -
• vyhotovení požadované dokumentace
• zvláštní m ické práce (profilování, m ení posun apod.)
M ítko mapové dokumentace je nej ast ji 1 : 200 , ná rty se kreslí v m ítku
1 : 100 , pro rozsáhlejší prostory se volí m ítko menší (1 : 500 , 1 : 1000). Obsah je obdobný jako o tématické mapy velkého m ítka. Na Obr. 30 je ukázka
p dorysného výkresu jako výsledku zam ení ú elových podzemních prostor
Obr. 30 Výkres zam ení ú elových podzemních prostor
- 85 (98) -
7
M ení posun a p etvo ení objekt nad
podzemními prostorami
7.1
Základní pojmy a požadavky
Stavební (i jiné, nap . p írodní) objekty mohou v d sledku zm n v základové
p d vykazovat nestabilitu prostorové polohy. Krom ú ink poddolování jsou
to také zm ny zatížení základové p dy, dynamické provozní ú inky, kolísání
hladiny spodní vody aj. P itom se objekt p emis uje jako celek (posun), m ní
se jeho tvar (p etvo ení). nebo dochází ke kombinaci obou jev . Protože takové
zm ny stavebních konstrukcí jsou vždy nežádoucí a mohou porušit bezpe nou
funkci staveb, je t eba tyto zm ny a jejich asový vývoj ur ovat opakovaným
m ením. Výsledky takových m ení poskytují podklad k predikci chování
objekt v následujícím období, a k posouzení jejich statického chování v ase.
Ú elem m ení posun je získat informace o velikosti zm n a rychlosti jejich
vývoje, které jsou nutné pro návrh opat ení pro obnovení bezpe né funkce objekt . Hlavní zásady a požadavky na tato m ení upravuje SN 73 0405.
Základní pojmy:
• pozorovaný bod – bod osazený na sledovaném objektu
• vztažný bod – bod vztažné soustavy mimo sledovaný objekt a jeho vliv
• posun relativní – zm na detekovaná v soustav pozorovaných bod
• posun absolutní – zm na vzhledem k soustav vztažných bod
• sedání, zdvih – svislý posun sm rem dol , nahoru
• pr hyb – p etvo ení ve svislém sm ru
• náklon – odchýlení od svislice
• pooto ení – oto ení kolem obecn položené osy
• etapová m ení – opakovaná zam ení sít vztažných a pozorovaných bod
v ur eném asovém intervalu
• základní (nultá) etapa – po áte ní (výchozí) etapa m ení, vzhledem k níž
jsou po ítány posuny, obvykle je zam ena s vyšší p esností.
7.2
Poklesové jevy
Velmi nep íjemným pr vodním jevem p i realizaci podzemních staveb tunelá skými postupy jsou deformace povrchu území (Obr. 31). Deformace povrchu
území vznikající b hem stavby jsou zp sobeny p edevším:
•
Zm nou p vodního stavu napjatosti a z toho vyplývající zm nou vlastností hornin v okolí tunelu (viz sekundární napjatost)
•
Snížením hladiny podzemní vody
•
Nedokonalostmi použitých technologií ražby.
- 87 (98) -
Obr. 31 - Poklesová kotlina vznikající na povrchu území. Vliv na stavby. Monitoring
ú ink [Inset Praha]
Velikost pokles potom závisí p edevším na:
Použité technologii provád ní
Rozm rech a tvaru výrubu
Kvalit horninového prost edí.
Budeme-li studovat p etvá ení výrubu b hem ražby, potom p etvá ení hornin
radiální deformací sm rem do výrubu se nazývá konvergence a posouvání
horniny podélnou deformací v ele ve sm ru ražení se nazývá extruze – Obr.
32. Nelze pominout to, že jde o prostorovou úlohu – Obr. 33. Na povrchu území potom vzniká poklesová mulda (kotlina) ve tvaru složité zborcené plochy –
Obr. 34.
- 88 (98) -
Obr. 32 - Konvergence a extruze výrubu podzemní stavby
Obr. 33 - Poklesová kotlina vznikající ve dvou hlavních sm rech. Prostorová úloha.
Zborcená plocha poklesové muldy na povrchu
Obr. 34 - Poklesová kotlina nad tunelem Mrázovka [SATRA, 2004]
- 89 (98) -
Z t chto obrázk rovn ž vyplývá, že poklesy se vyvíjejí již v p edstihu – p ed
pr chodem elby p edm tným místem (profilem) na povrchu území. Tento jev
spadá p edevším na vrub extruze.
Poklesová kotlina nad raženou podzemní stavbou má v p í ném ezu charakteristický zvonový tvar – jde velmi dob e aproximovat Gaussovou k ivkou.
Podle Obr. 35 v ní lze vymezit charakteristické zóny: zónu tla enou uvnit ,
mezi jejími inflexními body a zónu tahovou, vn inflexních bod k ivky
muldy. Nejv tší p í né posuny v poklesové kotlin lze o ekávat nad inflexním
bodem k ivky, stejn tak i nejv tší naklon ní. Z toho vyplývá, že nejnebezpe n jší poloha pro objekty nacházející se v takto poddolovaném území je práv
na inflexním bodu kotliny, nikoliv v jejím st edu. Zde jsou sice poklesy nejvyšší, ale relativn stejnom rné.
Obr. 35 - Zóny v poklesové kotlin
Vždy je nezbytné provést v dostate ném p edstihu podrobnou pasportizaci
objekt nacházejících se nad podzemní stavbou (p edevším ovšem na povrchu)
a ohrožených poklesy. Jen tak lze ádn ocenit a uhradit škody, které mohou
v d sledku pokles vzniknout. A sou asn zamítnout neoprávn né nároky majitel nemovitostí, kte í asto vzniklé škody pouze p edstírají.
Prognóza možných pokles je nutná p edevším v zastav ném území p íp. u
podzemních staveb pod komunikacemi. Na základ p edpov di lze potom navrhovat pot ebná opat ení pro omezení možných škod.
- 90 (98) -
7.2.1
Metody pro stanovení deformací povrchu území p i tunelování
Empirické
Analytické
Fyzikální modelování
Matematické modelování
M ení in situ
Empirická metoda „Objemové ztráty horniny – Loss of Ground“ [R. B.
Peck, 1969]:
Poklesová kotlina vzniká v d sledku ztráty objemu horniny v okolí výrubu
extruzí v elb a konvergencí na plášti. Je aproximována Gaussovou k ivkou
(Obr. 36).
Obr. 36 - „Objemová ztráta horniny“ [R. B. Peck, 1969]
Pro odhad vzniklé poklesové kotliny je vždy dobrým výchozím údajem její
možná plocha. Posuzuje se z velikosti jejího ezu p í ného na sm r ražení.
Pro tunelování v jílech provedl shrnutí tohoto údaje z ady lokalit M. L. Myrianthis, kterého doplnil J. Mencl:
v tuhých jílech: pr m rn 2,5% plochy výrubu (max. 6,2%, min. 1,4%)
londýnské jíly (metro): 1 až 4% plochy výrubu
frankfurtské jíly: 1,2% plochy výrubu (p i ražb štítem), 5 až 7% plochy výrubu (p i ražb NRTM)
budapeš ské jíly (metro): 3 až 4%, plochy výrubu, p i ražb pod Dunajem 7 až 13% plochy výrubu
brn nské jíly (primární kolektory): až p es 10% plochy výrubu (V. Horák)
- 91 (98) -
•
plocha (objem) poklesové kotliny:
Vs = Bsmax ≅ 2πismax ≅ 2,5is
(7.1)
•
maximální pokles v ose výrubu:
smax =
•
Vs
2,5i
inflexní body:
i = 0,61s max
•
(7.2)
(7.3)
bod maximální k ivosti:
M = 0,22s max
resp.
(7.4)
3i
(7.5)
Obr. 37 - Graf pro p edpov ší ky poklesové pánve v závislosti na geometrii ražené
podzemní stavby a geologickém prost edí [R. B. Peck, 1967]
- 92 (98) -
Analytické (poloanalytické stanovení pokles [Limanov –Fazekas]:
Parametry sedání jsou odvozeny z deformací obrysu tunelu pro dvouvrstvé
nadloží (jde o výpo et deformací v pružném, homogenním a izotropním poloprostoru).
Obr. 38 - Model pro analytické (poloanalytické) stanovení pokles [Limanov –Fazekas]
Maximální pokles v ose:
e0 .a.π
η0 =
L
(7.6)
Fyzikální modelování:
Možné poklesy území nad podzemní stavbou jsou studovány zat žováním modelu postaveného z ekvivalentních materiál v laboratorním stendu. Základní
principy fyzikálního modelování byly ve stru nosti zmín ny v kurzu Mechanika hornin (viz) – Obr. 39.
- 93 (98) -
Obr. 39 - Model z ekvivalentních materiál . Tunel B ezno, ražba v jílech [F. Nazari]
Matematické modelování:
Matematické modelování, p edevším metoda kone ných prvk – MKP (v souasnosti rovn ž i metoda odd lených prvk , metoda kone ných diferencí, metoda sítí apod.), je vynikajícím nástrojem pro navrhování podzemních staveb a
tedy i pro prognózu deformací horninového prost edí ve kterém bude provedena podzemní stavba. Je vyvinuta a používána ada program vhodných pro tyto
výpo ty – nap . Plaxis, Ansys apod. – Obr. 40.
Obr. 40 - Prognóza pokles území nad tunelem Dobrovského v Brn . MKP (program
RIB-Tunnel): Vlevo: poklesy povrchu bez zajišt ní p ístropí, vpravo: poklesy po zajišt ní
p ístropí tunelu [V. Horák – L. Mi a, 2000]
- 94 (98) -
7.3
Geodetické m ení pokles
K prognóze možných pokles je nivela ní m ení in situ používáno pouze
zprost edkovan , nep ímo, a to k verifikaci zkušenosti. Je však vždy nezbytné
k porovnání skute nosti a p edpoklad návrhu – Obr. 41.
Obr. 41 - Poklesy nam ené nad primárním kolektorovým tunelem Tkalcovská v Brn
[V. Horák, 1992]
Metody pro omezení vzniku pokles :
Geometrické úpravy vedení trasy. P i vyšším nadloží lze o ekávat
nižší deformace. P i m lkém tunelování vzniká úzká poklesová kotlina
nedosahující základ ohrožených objekt . Lze se vyhnout kritickým
míst m ap.
Nasazení speciálních metod ražení s aktivní podporou výrubu, p edevším elby. Jde p edevším o pneumatické tunelování, bentonitový nebo
zeminový štít apod.
Zlepšení prost edí v ražb s použitím pilotových a mikropilotových
deštník (i více adých), injektáží, zmrazování apod.
Plošné vyztužení nadloží nad tunelem (pasivními) ty ovými kotvami,
h ebíky, sloupci tryskové injektáže (TI) apod.
- 95 (98) -
Vestav ní ochranných prvk do poklesové kotliny mezi základy objekt a podzemní stavbu. St ny z TI, mikropilot, CFA pilot nebo št tovnic jako významn tuhé prvky zachytí a svedou (usm rní) vznikající
pole deformací mimo základy ohrožených objekt . Jedná se o velmi
progresivní ešení, v sou asnosti velmi používané – Obr. 42.
Úpravy ohrožených objekt – podchycení jejich základ do v tší
hloubky; zvýšení tuhosti jejich konstrukce apod. vede k jejich vyšší
odolnosti v i deformacím od poddolování.
Obr. 42 Ochranná clona ze sloupc TI a její funkce. Sekundární kolektor Jánská v Brn
[zdroj: asopis Tunel cz]
- 96 (98) -
8
Záv r
8.1
Shrnutí
P edkládaný studijní text je v nován problematice geodetických prací
v souvislosti s výstavbou podzemních inženýrských staveb. Je zam en více
prakticky a podává p ehled geodetických prací p i stavb tunel , podzemních
m stských drah, kolektor a dalších podzemních objekt a za ízení. P ipojena
je též kapitola o monitorování ú ink výstavby podzemních inženýrských d l
na stavební objekty na povrchu.
8.2
Studijní prameny
8.2.1
Seznam použité literatury
[1]
Krumphanzl, V., Michal ák, O. Inženýrská geodézie II. Kartografie,
Praha 1975
[2]
Michal ák, O., Vosika, O., Veselý, M., Novák, Z. Inžinierska geodézia
I. Alfa, Bratislava 1985
[3]
Michal ák, O., Vosika, O., Veselý, M., Novák, Z. Inžinierska geodézia
II. Alfa, Bratislava 1990
[4]
Švábenský, O., Vitula, A. Inženýrská geodézie. Návody ke cvi ením I
VUT Brno, 1993
[5]
Švábenský, O., Vitula, A. Inženýrská geodézie. Návody ke cvi ením II
VUT Brno, 1991
[6]
Vyhláška eského bá ského ú adu . 435/1992 Sb. o d ln m ické
dokumentaci p i hornické innosti a p i n kterých innostech provád ných hornickým zp sobem.
[7]
Vyhláška eského bá ského ú adu . 158/1997 Sb., kterou se m ní a
dopl uje Vyhláška BÚ o d ln m ické dokumentaci p i hornické
innosti a p i n kterých innostech provád ných hornickým zp sobem
[8]
SN 73 0420-1 P esnost vyty ování staveb –
davky. NI, Praha 2002
ást 1: Základní poža-
[9]
SN 73 0420-2 P esnost vyty ování staveb –
chylky. NI, Praha 2002
ást 1: Vyty ovací od-
[10]
Kovani , L., Matouš, J., Mu ka, A.. D lní m ictví. SNTL Praha, 1990
[11]
Novák, Z., Hánek, P. Geodézie v podzemních prostorách. VUT Praha,
1995
[12]
Neset, K. D lní m ictví I. SNTL Praha, 1966
[13]
Neset, K. D lní m ictví II. SNTL Praha, 1967
[14]
Matouš, J. D lní m ictví a geodézie. SNTL, Praha 1986
- 97 (98) -
8.2.2
Seznam dopl kové studijní literatury
[15]
Lohr,W., Vosen, H. Markscheidekunde. Springer, Berlin 1969
[16]
Richardus, P. Project Surveying. A.A. Balkema, Rotterdam 1995
8.2.3
Odkazy na další studijní zdroje a prameny
[17]
http://www.vugtk.cz/nzk/indnzk.html
[18]
http://www.vugtk.cz/odis/index1.html
[19]
http://knihovny.cvut.cz/sluzby/fsv/index.html
[20]
http://library.fce.vutbr.cz/
- 98 (98) -

2 Geodézie v podzemních prostorách

Transkript

Podobné dokumenty

Injekční lipolýza

Španělsko - Základní škola Pěnčín

Text v pdf