Промяна на напрегнатото състояние на почви чрез заздравяване, преди преминаване на тунелопробивна машина под сгради и съоръжения



Дата28.05.2017
Размер134.84 Kb.
ГОДИШНИК НА МИННО-ГЕОЛОЖКИЯ УНИВЕРСИТЕТ “СВ. ИВАН РИЛСКИ”, Том 57, Св. II, Добив и преработка на минерални суровини, 2014

ANNUAL OF THE UNIVERSITY OF MINING AND GEOLOGY “ST. IVAN RILSKI”, Vol. 57, Part ІI, Mining and Mineral processing, 2014



ПРОМЯНА НА НАПРЕГНАТОТО СЪСТОЯНИЕ НА ПОЧВИ ЧРЕЗ ЗАЗДРАВЯВАНЕ, ПРЕДИ ПРЕМИНАВАНЕ НА ТУНЕЛОПРОБИВНА МАШИНА ПОД СГРАДИ И СЪОРЪЖЕНИЯ
Павел Павлов, Ангел Джоргов
Минно-гeоложки университет „Св. Иван Рилски“, 1700 София
РЕЗЮМЕ. Една от най-безопасните технологии за прокопаване на тунел е т. нар. „Щитов метод”. Технологията позволява минимални деформации на повърхността и осигуряване на безопасност, на сгради и съоръжения в близост до трасето на тунела. Изключително е подходяща за прилагане в централни градски части. Понякога сградите и съоръженията са в лошо състояние, често липвса информация за тяхната конструкция и начин на фундиране. Вторични деформации на замната повърхност от само няколко милиметра биха имали сериозен негативен ефект върху тях. Именно поради тази причина паралелно с прилагането на технологията, често се налага разработване на специални технически решения за ограничаване на влиянието на промяната на напрегнатото и деформируемо състояние на почвите над тунелите. Един от методите е заздравяване на почвите. Чрез него се постига подобряване на някои характеристики на напрегнатото състояние на масива, което от своя страна води до намаляване на деформациите и е предпоставка за сигурност на съоръженията в близост. В конкретния случай е изследвано влиянието на изменението на напрегнатото и деформирано състояние на масива при различни начини на заздравяване, респективно подобряване на физико-механичните характеристики на скалите и почвите.
CHANGE OF THE STRESS STATE OF THE SOIL, BY STRENGTHENING BEFORE THE TUNNEL BORING MACHINE CROSSES THE GROUND UNDER BUILDINGS AND FACILITIES

Pavel Pavlov, Angel Djorgov

University of Mining and Geology “St. Ivan Rilski”, 1700 Sofia
ABSTRACT. One of the safest technologies of tunneling, as far as the deformation of the surface and insurance the security in the vicinity of buildings and structures is concerned, is called "Shield method". However, due to the poor condition of some of these old buildings and facilities, and the fact that often there isn’t enough information about their structure and way of foundation, deformation of only a few millimeters would have a serious negative effect on them. For this reason it is often necessary to develop specific technical solutions to limit the influence of the change of the stress state and deformable soil above the tunnel. One method is the strengthening of soils. By this strengthening improvement of certain properties of the stress state of the soil is achieved, which in turn leads to a reduction of deformations and is a prerequisite for the security of near facilities. The influence of variation of the stress and strain state of the array of soils with different methods of strengthening, respectively, improving the physical and mechanical properties of soils is discussed.



Увод

Технологията за израждане на тунели с тунело-пробивна машина /ТПМ/ се е наложила като най-безопасна, но що се касае до гарантиране на минимални деформации и сигурността на сгради и съоръжения на повърхността, са налице множество случаи от практиката, при които се налага предприемането на допълнителни мерки за ограничаване на влиянието от промяната на напрегнатото състояние на масива в следствие изграждането на тунела. Една от възможните практики при подобни случаи е заздравяването на почвите, като поради относително ниските цени, най-приемливо е инжектирането с циментов разтвор.

В публикацията се използват реални данни от работния проект на Софийски метрополитен за изграждането на ТПМ-тунел от II-ри метродиаметър от км 4+140 до км 7+910 и конкретно участъка между км 6+130 и км 6+170, където тунелопробивната машина преминава под Лъвов мост.

Участъкът не е избран случайно, тъй като там машината преминава на по-малко от 2 метра от дъното на Владайска река и буквално на сантиметри от фундаментите на моста.

Поради факта, че моста е историческа забележителност от XIX век, както и поради това, че в тази зона тунелният изкоп посредством щит S-525 EPB (с противоналягане в забойната камера) се изпълнява с много малко покритие и в голяма близост до фундаментите на моста е от изключителна важност да се изчислят възможните слягания, причинени от прокопаването на тунела и тяхното влияние върху конструкцията на Лъвов мост, както и да се определи вида на третирането на почвата с цел намаляване влиянието им и осигуряване на безопасно преминаване на тунелното съоръжение под Владайска река.
Геотехнически параметри в района на Лъвов мост

От геоложкия разрез в района на моста (фиг. 1) са определени 3 основни пласта, както следва:



  • пласт № 1 - от повърхността (приблизителна кота 537.4 m) до приблизителна кота 532.3. Съвременен насип, състоящ се от чакъл с пясъчен запълнител, прахови глини с чакълени включения и строителни отпадъци (бетон, тухли);

  • пласт № 3 - От ниво 532.3 m до ново 528.3 m прибл. Кватернерни чакъли - дребни до средни чакъли, скални почви и кафяви до жълто кафяви запълнители или понякога пълнител от заглинени пясъци. Долната граница на пласт 3 е разположена на дълбочина 4.5 m от коритото на реката (средно на 532.8 m), т.е. на ниво 528.3 m; между 528.8 и 528.3 m. свързващият материал на пласт 3 става по-глинест. Този факт е показателен за зони, в които последователно се редуват кватернерни чакъли и по-ниско заложени фини седиментни плиоценски образувания.

  • пласт № 7 - под прибл. ниво 528.3 m: Плиоценски отложения - тъмно зелени до маслено зелени прахови глини (средно съдържание на глина между 35% и 40%), високо пластични с високо съдържание на вода (естествено водно съдържание между 35.5% и 62.4%).

Геотехническите параметри на почвата, които са използвани в обследването са посочени в Таблица 1.






Фиг. 1. Геоложки разрез в района на Лъвов мост
Таблица 1. Геотехнически параметри


ФИНАЛНИ ПАРАМЕТРИ

Пласт №

1

2

3

4

4.1

6

7

8

Обемно тегло γ, kN/m3

19.5

17.9

21.6

22.1

19.9

19.8

16.6

18.5

ДРЕНИРАНИ ПАРАМЕТРИ

Кохезия при едноплоскостно срязване C, kN/m2

-

26.1

-

-

-

60.8

54.0

56.03

Ъгъл на вътрешно триене при едноплоскостно срязване φ°

40.5

36.0

37.6

33.2

33.1

27.2

19.4

30.09

НЕДРЕНИРАНИ ПАРАМЕТРИ

Кохезия C, kN/m2

36.8

51.5

-

-

-

167.0

120

135

Ъгъл на вътрешно триенe φ°

-

-

-

-

-

-

-

-

Деформационен модул, MPa

14.1

12.9

25.8

20.7

17.5

18.0

27.6

28.0



Нивото на подземните води е на около 7 m от нивото на терена. В частност проучваната зона на Лъвов мост, вземайки под внимание почвения профил както и близоста на Владайска река може да се очаква в кватернерните несвързани груби почвени материали много високи стойности на водопропускливост с коефициент на водопропускливост /k / достигащ 7m/d а за плиоценските фини глинести почвени материали ниски до много ниски стойности на водопропускливост и /к/ от 0.0001 – 0.2 m/d.


Анализ на напрегнатото състояние на почвите и сляганията
Софтуер и информация за използваните модели

Изчисленията за сляганията са направени с помощта на Plaxis 8.1, програмен продукт, ориентиран към решаване на тунелни проблеми, който е базиран на Метода на крайните елементи (МКЕ).

С цел да се оцени ефекта от преминаването на ТПМ под моста и да се пресметнат предизвиканите слягания са изготвени 2 модела:

- Модел А – показва изграждането на тунела в реалните геотехнически условия в зоната на моста

- Модел Б – има същата геометрия, но характеристиките на почвата са подобрени, вследствие извършване на заздравяване на почвата и по-точно инжектиране с циментов разтвор на пласта от квартерни чакъли, в който попадат фундментите на моста и короната на тунела.
Геометрия на моделите

Моделираната ситуация (Фиг. 2) отговаря на условията при северния фундамент на моста. Там напредъка на ТПМ има максимален ексцентрецитет по отношение на фундаментите, поради което именно там се очакват най-лошите условия на влияние.





Фиг.2. Геометрия на моделите
Първите 5 метра са насип, следва пласт с дебелина 4 метра от чакъл, в който попада фундамента на моста и ключа на тунела. От кота – 9 m до голяма дълбочина продължават прахови глини. Нивото на подпочвените води е – 7 m. Повечето стойности на геотехническите характе­ристики и на трите пласта, използвани в изчисленията са посочени в таблица 1.

Параметрите на тунелната крепежна конструкция (диаметър на тунела 9.5 m и дебелина на сегментите 32 сm), използвани в изчисленията са показани в Таблица 2:

Фундаментите на моста представляват каменна зидария, параметрите на която са показани в Таблица 3. Общото тегло на Лъвов мост е 23 140 kN, С цел да се отчете теглото върху фундаментите е приложен верти­кален товар.
Таблица 2.

Параметри на тунелната крепежна конструкция

Дебелина сегмент

0,32 m

Модул на еластичност E

35000 MPa

Коефициент на Поасон Поасонicient

0,2

Осова коравина EA

11200 MN/m

Огъвателна коравина

62,65 MN*m2/m

Тегло

8 kN/m

Таблица 3.



Параметри на каменна зидария

Модул на еластичност, E

1000 MPa MPa*

Коефициент на Поасон

0,25

Тегло

19 kN/m kN/m3*


Изчислителни фази

Изчислителните фази са еднакви и за двата модела.

Фаза 1 - деактивиране на централната част на почвените елементи на модела до речното легло с цел да се отчете наличието на река Владайска.

Фаза 2 - строителството на Лъвов мост се определя от съответстващите елементи на фундаментите на моста и от активиране на повърхностните товари върху фунда­ментите.

Фаза 3 - възстановяването до 0 на земното изместване в резултат на действието на фази 1 и 2, с цел да се изчисли слягането влияещо върху тунела в последващите изчис­лителни фази, активиране на тунелната облицовка, деактивиране на земните пластове в контура на тунела (Фиг.3).
Резултати от изчисленията
Модел А

От резултатите, получени от Модел А е отчетено, че максималното слягане е 7.8 mm (фиг. 4). Въпреки че стойността на предвидените деформации не е голяма, важно е да се отбележи, че тъй като моста е построен през 1891 г. и поради вероятното разместване на пластовете под него, не може да се прогнозира стойността на деформациите, които биха повлиали на неговата конструкция.



Фиг. 3. Изчислителна фаза

Поради тази причина за да се избегне всякакво бъдещо напрягане на моста, сляганията (и последващите ъглови деформации) предизвикани от прокопаването по метода с противоналягане на тунела под моста, трябва да бъдат максимално ограничени, като се изпълни подобрение (заздравяване) на почвата.



Фиг. 4. Деформации Модел А
Модел Б

Вследствие горецитираните причини Пласт 3 (силнопропускливи квартерни чакъли) е инжектиран с циментов разтвор, преди преминаване на машината.

Инжектирането с циментов разтвор има за цел да формира под фундаментите твърд и заздравен блок от чакъли (подобен на плоча), което ще намали сляганията на моста.

В действителност пласта от чакъли, намиращ се над свода на тунела, се характеризира с висока пропускливост (К = 8.10*10-5 m/sec). Инжектирането с циментов разтвор намалява пропускливостта на чакъла и гарантира приложеното налягане на челото на пробивната машина.

Геотехническите параметри, приети за елементите на инжектирания чакъл са определени експериментално и отговарят на материали от чакълест тип, инжектирани с циментов разтвор, като приемаме че имат характерис­тиките на слаба скала.

За определяне на напрегнатото състояние на масива в Модел Б, характеристиките на средния пласт от квартерни чакъли са заменени с нови – показани в Таблица 4.


Таблица 4.

Подменени характеристики на среден пласт

Насипно тегло

γ


Модул на Юнг

E


Коефи­циент на Поасон

ν


Кохезия

С


Ъгъл на вътрешно триене, φ°

23,7 kN/m3

300 MPa

0,35

300 kPa

40°

Фазите за изчисление на Модел Б са същите като при Модел А. От получените резултати е видно, че максималната стойност на получените деформации е по-малка от 5 mm – в сравнение с почти 8 mm при Модел А. (фиг. 5) За по-голяма пълнота на изследването и постигане на по-голям ефект следва да се проучи влиянието на геометричните параметри на заздравения почвен масив и възможните технически решения за образуване на защитни конструкции от тях.



Изводи и заключения

От направеното обследване е видно, че при изграждането на тунел в непосредствена близост до сгради и съоръжения, които са на сериозна възраст и в не добро конструктивно състояние, мероприятие като заздравяване на почвата посредством инжектиране на циментов разтвор може да доведе до почти двойно намаляване на деформациите.



Фиг. 5. Деформации Модел Б
Подобно инжектиране е сравнително евтино, предвид стойността на реализирания проект, а в същото време води до сериозно подобряване на геотехническите харак­теристики на почвата (Деформационния модул се зави­шава над 10 пъти в показания случай).

Литература

Mechanised Shield Tunnelling - Bernhard Maidl, Martin Herrenknecht, Ulrich Maidl and Gerhard Wehrmeyer, Verlag Ernst and Sohn 2011, Berlin, Germany.

„Методология за изграждане на тунел посредством тунелно пробивна машина” – „Доуш Иншаат Ве Тиджарет” АД.

Подробен анализ на сляганията и проект за подобряване на почвата в района на Лъвов мост – „Тунел консулт / „Доуш Иншаат Ве Тиджарет” АД.

Статията е препоръчана за публикуване от кат. „Подземно строителство“.





База данных защищена авторским правом ©obuch.info 2016
отнасят до администрацията

    Начална страница