Изследване за определяне на технически решения за ограничаване на деформациите при прокарване на тунел под съществуващи сгради и съоръжения
Изтегляне 103.3 Kb.
|
- Навигация на страницата:
- Инженерна геология и хидрогеология – Виолета Иванова.
- Статията е препоръчана за публикуване от кат. „Подземно строителство“.
| 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 ИЗСЛЕДВАНЕ ЗА ОПРЕДЕЛЯНЕ НА ТЕХНИЧЕСКИ РЕШЕНИЯ ЗА ОГРАНИЧАВАНЕ НА ДЕФОРМАЦИИТЕ ПРИ ПРОКАРВАНЕ НА ТУНЕЛ ПОД СЪЩЕСТВУВАЩИ СГРАДИ И СЪОРЪЖЕНИЯ Ангел Джоргов Минно-гeоложки университет „Св. Иван Рилски“, 1700 София РЕЗЮМЕ. Важен момент при проектирането и изграждането на тунели е правилното определяне на деформациите в тяхната зона на влияние. Това се отнася в най-голяма степен за тунели, прокарвани в гъсто застроените градове, където трасето на тунела в план и профил често преминава на малко разстояние от съществуващи сгради и съоръжения. Не са малко случаите, в които поради факта, че не са предприети адекватни мерки за ограничаване на тези деформации са се получавали сериозни конструктивни проблеми в тези сгради и съоръжения. Поради тези причини определянето и прилагането на оптимална технология за ограничаване на деформациите в някои възлови места по трасето на тунела се явява като една от основните предпоставки за реализиране на съответния проект безопасно и в желаните срокове. Разгледани са възможните технически решения за ограничаване на влиянието от строителството на тунелите, на деформациите на почвения масив и респективно влиянието им върху близките сгради и съоръжения. STUDY TO DETERMINE THE TECHNICAL SOLUTIONS TO LIMIT DISTORTIONS TUNNELING UNDER EXISTING BUILDINGS AND FACILITIES Angel Djorgov University of Mining and Geology “St. Ivan Rilski”, 1700 Sofia ABSTRACT. An important point in the design and construction of tunnels is the correct determination of deformations in their area of influence. This applies mostly to tunnels built in dense cities where the route of the tunnel in plan and profile often goes a short distance from existing buildings and structures. There are many cases when, due to the fact that no adequate measures are taken to limit these deformations, buildings and facilities have received serious structural problems. For these reasons, the determination and implementation of optimal technology to reduce deformations in some key places along the route of the tunnel, appears to be one of the main prerequisites for the realization of the project safely and at the desired time. Possible technical solutions to limit the influence of the construction of tunnels, deformations of the soil massif and respectively their impact on nearby buildings and facilities are discussed. Увод Както световната, така и нашата практика показва, че при строителството на тунели в слаби почви, критични за изпълнение на целия проект са участъците с малко сводово покритие и преминаването на малко разстояние под или до съществуващи сгради и съоръжения. В условия на сравнително слаби почви и високо ниво на подземните води (каквито са и условията в централните градски части на София) най-често се използва ТПМ с противоналягане в забоя. Машините от този тип работят безпроблемно на по-голяма дълбочина (над 7 – 8 м). При по-малко покритие машината не винаги може да поддържа адекватно челно налягане, което да гарантира че на повърхността няма да се получат слягания извън установените норми или по лошо да се образува повдигане на почвите вследствие ограниченото натоварване от малкия почвен пласт над тунела. Когато се изгражда тунел за метро или друг вид транспортно съоръжение, което има съответните връзки с повърхността не винаги е възможно тунела да има необходимото значително заложение. Също така в градски условия често се преминава под съществуващи големи инфраструктурни съоръжения, тунели, корита на реки и др., като вследствие на гореописанете ограничения често това преминаване става на много малко разстояние под тези съоръжения (1 – 2 м). Така при строителството на тунели в централните градски части почти винаги има няколко на брой места, които трябва да се изследват отделно от останалите части от трасето на тунела и ако е необходимо да бъдат предприети мерки за гарантиране както успешното преминаване на ТПМ, така и сигурността на тези сгради и съоръженията по трасето на тунела.
Има различни методи за стабилизиране на земни основи. Избирането на подходящия метод за подобряване на почвените характеристики зависи от няколко условия като типа на почвените пластове, разположението и вида на проекта, наличие на сгради и съоръжения в близост, тяхното конструктивно състояние, начин на фундиране и други. За определянето на мерките за ограничаване на деформациите е необходимо първо да се направи обследване какви биха били те, ако тунела в този участък се реализира без допълнителни заздравителни мероприятия. Едва тогава след анализ на получените резултати и при положение, че може да се очакват деформации, по-големи от допустимите се определят мерките за тяхното намаляване. Може би най-общоприет в световната практика е инжектирането на течност(цимент и добавки) под налягане в почвата която трябва да бъде обработена. Инжектирането може да бъде изпълнено или чрез постоянно налягане или чрез постоянен дебит. Някои примери са hydro fracture grouting, compaction grouting, jet grouting и т.н., показани на фиг. 1. 
Фиг. 1. Видове инжектиране Инжектирането чрез просмукване запълва съществуващите пори в почвата с разтвор без да нарушава формата й, т.е. без чувствително нарушаване на структурата и обема на почвите. По-специално, инжектирането чрез просмукване се изразява в заместване на водата в порите с инжекционен разтвор под ниско налягане с цел да се предотврати нарушаване или деформация. Това е метод който главно се използва за намаляване на пропускливостта и контрол върху подпочвените води, но също така може да се използва за заздравяване и закоравяване на почвата. Разтвора се нагнетява в порите под налягане причинявайки минимални нарушения на почвата, с цел заздравяване на пластове от слабосвързани почви (предимно чакъли и пясъци). Поради относително ниските цени и достъпност, най-често инжектирането чрез просмукване се изпълнява със разтвори на циментова основа. Както беше споменато по-горе, често за изграждането на тунели в централни градски части и при наличие на слаби почви и високо ниво на подземните води се използва ТПМ с противоналягане в забоя. Прокопаването на тунела с ТПМ с противоналягане предизвиква обратни (насочени нагоре) премествания на земните пластове. Тази ситуация е доста плашеща тъй като 2мм вертикални премествания нагоре нормално предизвикват скъсване на земните пластове и загуба на работно налягане в камерата (приложеното налягане на свода на тунела внезапно пада до нула). В такива ситуации освен заздравяването на почвата в някои случаи е необходимо да се извърши и т.нар. „затежняване” на масива над свода на тунела, което да попречи на загубата на наляга на машината и образуването на „комин” над режещата и глава. Съществуват още много видове мероприятия за ограничаване на деформациите, като изкуствено понижаване на нивото на подземните води, инжектиране на масива от челото на тунелопробивната машина и др., но поради причината, че заздравяването с циментов разтвор и затежняването на масива над тунела намират най-широко приложение в настоящия доклад ще бъде разгледан пример на прокопаване на тунел с ТПМ в слаби почви, на малка дълбочина, в близост до сграда, както и влиянието на заздравяването и затежняването на масива върху деформациите, предизвикани от строителството на тунела. Анализ на деформациите За целта на настоящата работа са изградени три модела, с помощта на софтуерния продукт Plaxis 8.1, като са получени очакваните деформации при изграждането на тунел в близост до сграда и на малка дълбочина съответно без мерки за намаляване на деформациите (Модел А), заздравяване на почвата над свода на тунела (Модел Б) и затежняване на почвата над тунела (Модел В) Модел А (фиг. 2) 
Фиг.2. Модел А В Модел А е представено изграждането на тунел с ТПМ. Свода на тунела се намира на 2.5 м от основите на сградата или съоръжението. Геоложкия разрез показва наличието на 3 пласта, характеристиките на които са взети от реални геоложки проучвания при изграждането на Линия 2 на Софийското метро, направени в района на Лъвов мост през 2010 г. Пласт № 1 – Квартерни чакъли, с основни характеристики:
Пласт № 2 – Прахови глини, с основни характеристики:
Пласт № 3 – Глини, с основни характеристики:
Тунела е с диаметър 5 м. На 8 м встрани от оста на тунела има стара тухлена сграда, фундирана на дървени пилоти. Нивото на подземните води е на 4 м от терена. Изчислителните фази са 2:
 
Фиг. 3. Наблюдавани деформации при Модел А Както е видно от Фиг.3 са налице деформации в посока нагоре със стойност 13 мм, които биха били фатални за масива над тунела. Във фундамента на сградата се наблюдават деформации със стойност около 5 мм, като за стари сгради в лошо конструктивно състояние такива деформации също биха имали значително негативно влияние. Модел Б - има същата геометрия, но характеристиките на почвата на пласта от чакъл са подобрени, вследствие извършване на заздравяване на почвата и по-точно инжектиране с циментов разтвор (фиг.4). Така 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, а именно:
Фиг. 4. Модел Б От резултатите, получени след заздравяването на почвата над тунела е отчетено, намаляване на деформациите с около 3 мм, като от 13 мм при Модел А сега те са около 10 мм. Налице е положителен ефект върху напрегнатото състояние на масива, но стойности на деформациите от 10 мм и то в посока „нагоре” също са недопустими. Образуването на тези деформации в такъв голям размер се дължи основно на малкото заложение на ключа на свода.  
Фиг. 5. Резултати от Модел Б Модел В – при него геометрията се запазва същата, като над заздравения пласт от чакъл е приложен равномерно разпределен товар, имитиращ стоманобетонова плоча с дебелина 50 см, с цел затежняване на масива и намаляване на деформациите (фиг. 6). Това позволява да се моделира ефекта от увеличаване на заложението на тунела спрямо фундаментите на сградата, като теглото от стоманобетоновата плоча се заменя с почвен пласт с дебелина, съответстваща на това тегло. От получените резултати е отчетено, че деформациите над тунела намаляват с нови 4 мм (фиг. 7). Отчетените деформации в основите на сградата също намаляват и от първоначалните отчетени при Модел А 6 мм са сведени до по 2 мм, което гарантира както сигурността на сградата, така и на терена над изграждания тунел. Затежняването, имитиращо по-голямо заложение позволява да се увеличи значително ефекта от заздравяването на почвите.
 
Фиг. 7. Резултати от Модел В Изводи и заключения От направеното изследване е видно, че при изграждането на плиткозаложени тунели, с малко сводово покритие и в близост до съществуващи сгради и съоръжения, прилагането на технически решения чрез заздравяване на почвите над тунела, за ограничаване на деформациите е от решаваща роля за нормалното реализиране на проекта, както и за сигурността на сгради и инфраструктурни обекти в близост. Предстои да се изследва влиянието на геометричните параметри и техническите решения, свързани със заздравяване на почвите над и встрани от тунела, а в по-слаби почви чрез образуване на масивен пръстен от заздравени почви около тунела. Практиката показва, че подобни мерки са сравнително евтина, на фона на стойността на целия тунел, а намаляването на деформациите на повърхността до стойности от 2-3 мм е гаранция, че няма да се стигне до скъпи ремонти на тези сгради и съоръжения, както и до големи закъснения от графика за реализацията на целия проект. Литература Mechanised Shield Tunnelling - Bernhard Maidl, Martin Herrenknecht, Ulrich Maidl and Gerhard Wehrmeyer.Инженерна геология и хидрогеология – Виолета Иванова.„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“.Каталог: sessions sessions -> Изследване чистотата на слънчогледово масло за производство на експлозиви anfo sessions -> Laser “Raman” spectroscopy of anglesite and cubanite from deposit “Chelopech” Dimitar Petrov sessions -> Св иван рилски sessions -> Modeling of sessions -> Управление на риска от природни бедствия sessions -> Oценка на риска от наводнениe в елховското структурно понижение в района на гр. Елхово красимира Кършева sessions -> Гравиметрични системи използвани в република българия и оценка точността на системи igsn-71 и unigrace при точки от гравиметричните и мрежи sessions -> Toxicological assessment of photocatalytically destroyed mixed azo dyes by chlorella vulgaris sessions -> Field spectroscopy measurements of rocks in Earth observations Изтегляне 103.3 Kb. Сподели с приятели:
|
