Budownictwo podziemne

TECHNOLOGIE DRĄŻENIA TUNELI

KOMUNIKACYJNYCH

Literatura :

1. Madryas C., Kolonko A., Szot A., Wysocki L.: Mikrotunelowanie, Dolnośląskie

Wydawnictwo Edukacyjne, 2006.

2. Furtak K., Kędracki M.: Podstawy budowy tuneli, Wydawnictwo Politechniki

Krakowskiej, 2005.

3. Nawrat S., Napieraj S.: Wentylacja i bezpieczeństwo w tunelach komunikacyjnych,

Wydawnictwo AGH, Kraków, 2005.

4. Gałczyński S.: Podstawy budownictwa podziemnego, Oficyna Wydawnicza PWr., 2001.

5. Glinicki S.: Budownictwo podziemne, Wydawnictwo Politechniki Białostockiej, 1994.

6. Kuliczkowski A., Madrys C., Tunele wieloprzewodowe dawniej i współcześnie,

Wydawnictwo Politechniki Świętokrzyskiej, Kielce 2014

7. Lessaer S.: Miejskie tunele, przejścia podziemne i kolektory, Warszawa, WKL, 1979.

Wiadomości historyczne

Dawno, dawno temu….

Najstarszym tunelem komunikacyjnym na świecie był tunel pod rzeką Eufrat w Babilonie. Tunel ten miał być zbudowany na polecenie legendarnej królowej Semiramidy. Miał on łączyć pałac królewski ze świątynią na drugim brzegu rzeki. Według badaczy miał długość ok. 900 m (z czego ok. 180 m pod korytem rzeki), szerokość 3.6 m i wysokość 4.5 m. Tunel wykonano z cegły na zaprawie asfaltowej, część podwodna była wykonana po przełożeniu koryta rzeki. O tunelu tym badacze historii już w starożytności (Diodor Sycylijski, za panowania cesarza Augusta)

Przyjmując, że tunel zbudowano w latach 2180-2160 p.n.e. należy z podziwem stwierdzić, że następny tunel w miękkim gruncie koryta rzeki był wykonany przeszło 4000 lat później, bo dopiero w 1842 r. pod Tamizą w Londynie.

Historia starożytna wspomina także o tunelach wykonanych dla celów wojskowych.

Okresem wielkiego rozkwitu budownictwa podziemnego były czasy rzymskie. Konieczność przeprowadzenia kanałów doprowadzających wodę z gór przez przeszkody terenowe (doliny i wzniesienia) zmusiła do budowy wielkich budowli inżynierskich, jak akwedukty i tunele.

Po upadku cesarstwa rzymskiego nastąpił w Europie upadek sztuk inżynierskich i aż do czasów Odrodzenia nie zanotowano w tu żadnego większego osiągnięcia z zakresu tuneli.

źródło: wikipedia.org

Tunel pod Tamizą w Londynie, 1825 - 1843 r., Marc Isambard Brunel, 11 m szer., 6

m wys., dł. 396 m.

źródło: wikipedia.org

stan budowy ok.. 1840

źródło: wikipedia.org

źródło: wikipedia.org

Budowa tuneli nowoczesnych rozpoczęła się jednocześnie z rozwojem dróg komunikacyjnych. Szybki rozwój budowy kolei w XIX wieku był powodem budowy dużej liczby tuneli. W tym okresie powstała większość istniejących tuneli kolejowych. Szczególnie długie są tunele alpejskie, kilka z nich przekracza długość 10 km. Najstarszym z takich tuneli jest tunel Mont-Cenis (Frejus), łączący sieć kolejową Francji i Włoch, zbudowany w latach 1857-1871 (dł. 13,6 km).

Najdłuższy z tuneli alpejskich, tunel Simploński, Alfreda Branta, 19,8 km dł.) został ukończony w 1906 r. (dla jednego toru, budowę drugiego ukończono dopiero w 1912 r.). Przez 50 lat uważany za najdłuższy tunel świata.

Najdłuższym tunelem kolejowym w Polsce jest tunel pod Małym

Wołowcem na linii kolejowej Wałbrzych Główny - Kłodzko, wydrążony w

latach 1909-1912 ma długość 1601 m.

wjazd do tunelu Frejus (Mont-Cenis)

po stronie włoskiej

źródło wikipedia.org

inzynieria.com/tunele/rankingi/54937,najdluzsze-tunele-na-swiecie

Wójtowicz P., Najdłuższe tunele na świecie,

17.02.2019, Inżynieria.com

Tunel bazowy Świętego Gotarda. Fot. alptransit.ch, za https://inzynieria.com/tunele/rankingi/54937,najdluzsze-tunele-na-swiecie,pozycja-rankingu-tunel-bazowy-swietego-gotarda-szwajcaria-57-km

Tunel bazowy Świętego Gotarda. Fot. alptransit.ch, za https://inzynieria.com/tunele/rankingi/54937,najdluzsze-tunele-na-swiecie,pozycja-rankingu-tunel-bazowy-swietego-gotarda-szwajcaria-57-km

tunelu pod Małym Wołowcem (1880 - I część, 1911 II część) – 1603 m,

najdłuższy tunel kolejowy w Polsce

https://eloblog.pl/opuszczone-tunele-kolejowe-na-dolnym-slasku

Nową erę dla budownictwa podziemnego rozpoczął okres budowy kolei podziemnych w miastach. Zaczął się on w drugiej połowie XIX wieku, a za początek należy przyjąć dzień 10 stycznia 1863 r., tj. dzień otwarcia pierwszego odcinka kolei podziemnej w Londynie, przeznaczonej wyłącznie dla ruchu miejskiego. Ten pierwszy tunel dla szybkiej kolei miejskiej murowany był z cegły, miał on wysokość 5.1 m, szerokość 8.5 m i długość tylko 1210 m.

Dalsza rozbudowa sieci kolei podziemnej w Londynie nastąpiła bardzo szybko i była przykładem dla innych miast. Miasta amerykańskie, a z europejskich Paryż, Berlin, Moskwa i inne rozpoczęły budowę i rozbudowę swoich kolei podziemnych.

· W Krakowie planuje się linię metra o długości około 15 km

· Tunel miałby powstać pod Starym Miastem

· Szacunkowy koszt budowy metra to 8–12 mld zł

21-02-2020 za: „Gazeta Krakowska”,

XX wiek rozpoczął w budownictwie podziemnym okres budowy tuneli dla ruchu samochodowego i to zarówno tuneli podwodnych, jak i górskich. Tunele podwodne zostały zbudowane w wielu miastach Europy i Ameryki Północnej tam, gdzie rosnący ruch samochodowy zmuszał do szukania nowych rozwiązań przy przekraczaniu rzek, a szczególnie tam, gdzie budowa mostów była niemożliwa lub bardzo kosztowna. Warunki takie istnieją głównie w miastach portowych, położonych u ujścia dużych rzek, toteż tunele zbudowano w Nowym Jorku, Antwerpii, Liverpoolu, Rotterdamie itp.

Do budowy tuneli podwodnych stosowano różne metody, najczęściej metodę tarczową i sprężone powietrze, również metodę polegającą na zatapianiu gotowych segmentów tunelu.

B.Przybyła, I-14, PWr.

t

q1

q2

Pojęcia podstawowe:

budynek – obiekt budowlany, który jest trwale związany z gruntem, wydzielony z przestrzeni za

pomocą przegród budowlanych oraz posiada fundamenty i dach

wg. ustawy: Prawo budowlane

B.Przybyła, I-14, PWr.

budowla podziemna: jest to konstrukcja inżynierska zagłębiona poniżej powierzchni

terenu.

wyrobisko podziemne – pusta przestrzeń w ośrodku gruntowym, wykonana celowo

przez ludzi, powstała po wydobyciu gruntu

konstrukcja podziemna – jest to konstrukcja służąca do obudowy wyrobiska

podziemnego

tunele

komunikacyjne transportowe

B.Przybyła, I-14, PWr.

Tunele są obiektami o charakterze liniowym. Ich cechą wspólna jest to, że w ich

wnętrzu odbywa się ruch urządzeń, ludzi lub ciał znajdujących się w stanie stałym,

płynnym lub gazowym.

wg. P.Glinickiego.

Pojęcia podstawowe cd.:

tunel – budowla podziemna stanowiąca przejście podziemne

dla urządzenia komunikacyjnego lub transportowego

Górotworem nazywamy górne warstwy skorupy ziemskiej, w której prowadzi

się roboty górnicze. Jest to więc masyw skalny i gruntowy tworzący jednostkę

geologiczno-inżynierską podlegającą bezpośrednim wpływom oddziaływania

tych robót. Rozpatrywany masyw dotyczy:

-znacznej części lub całego nadkładu górotworu nad obiektem podziemnym,

- ociosów, czyli górotworu zalegającego po obu stronach obiektu na szerokości

kilku lub kilkunastu rozpiętości wyrobiska,

- spągu wyrobiska, obejmującego pewną część górotworu pod obiektem

podziemnym

wg. P.Glinieckiego.

na podstawie: Furtak K., Kędracki M.: Podstawy budowy tuneli, Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej, 2005

nadkład

długość tunelu – jest to odległość między zewnętrznymi płaszczyznami głowic (portali)

tunelu, mierzona w poziomie trasy,

światło poziome tunelu jednootworowego – największa pozioma odległość między

wewnętrznymi powierzchniami obudowy tunelu,

światło poziome tunelu wielootworowego – jest to suma świateł poziomych

pojedynczych otworów tunelu.

sztolnia – jest to tunel o małym przekroju poprzecznym (zazwyczaj mniejszy niż 15 m2),

wykonywany całym przekrojem poprzecznym. Wymiary sztolni uzależnione sa od

warunków gruntowych tj. cech geotechnicznych górotworu, w którym prowadzone są

roboty.

Pojęcia podstawowe cd.:

wg. P.Glinickiego.

PN-S-02203:1997

Tunele komunikacyjne -- Terminologia i klasyfikacja

Podano klasyfikację tuneli komunikacyjnych ze względu na

przeznaczenie, położenie w terenie, metodę wykonania, kształt przekroju

poprzecznego, liczbę otworów, materiał obudowy, usytuowanie w ciągu

komunikacyjnym, liczbę torów.

Zamieszczono podstawowe nazwy i definicje dotyczące tuneli

komunikacyjnych

Klasyfikacja tuneli Klasyfikacja ze względu na przeznaczenie:

1. Tunele komunikacyjne:

• tunele kolejowe,

• tunele metra,

• tunele samochodowe,

• tunele dla ruchu pieszych,

• tunele żeglowne.

tunele

komunikacyjne transportowe

Klasyfikacja tuneli.

2. Tunele transportowe:

• tunele hydrotechniczne,

• tunele wodociągowe,

• tunele zbiorcze dla urządzeń miejskich,

• tunele kanalizacyjne,

• tunele transportowe w zakładach

przemysłowych.

Kolektor żelbetowy „Odra” we Wrocławiu (h = 2,92 m, w = 3,50 m) (lata 70. – 90.)

tunel komunikacyjny na kanale łączącym Marnę z Renem

źródło wikipedia.org

Przekrój podłużny tunelu hydrotechnicznego: 1 – tunel doprowadzający,

2 – tunel ciśnieniowy, 3 – tunel odprowadzający, 4 – komora uderzeniowa szybu,

5 – komora siłowni

Glinicki S.: Budownictwo podziemne, Wydawnictwo Politechniki Białostockiej, 1994

Klasyfikacja tuneli miejskich ze względu na różnicę poziomów niwelety tunelu i otaczającego terenu:

• tunele płytkie – są umieszczone bezpośrednio pod jezdnią uliczną lub chodnikami i obliczane są na pełne obciążenie drogowe z uwzględnieniem współczynników dynamicznych,

• tunele głębokie – projektowane są na takiej głębokości poniżej terenu, że praktycznie nie przekazuje się na nie obciążenie stałe lub ruchome naziomu.

wg PN-S-02203:1997 tunel płytki to taki, dla którego stosunek zagłębienia stropu H poniżej powierzchni terenu do szerokości wyrobiska B jest mniejszy niż 5 tj. H/B < 5.

Tunel głęboki to taki w którym H/B ≥ 5

Klasyfikacja tuneli.

Klasyfikacja tuneli

Tunele samochodowe można podzielić na dwie grupy:

• tunele na głównych drogach samochodowych – posiadają one podobne cechy charakterystyczne jak tunele kolejowe z tą różnicą, że ich przekroje są inne ze względu na inne wymagania ruchu,

• tunele samochodowe miejskie – wyróżniamy tunele pod rzekami (tam gdzie budowa mostu jest mniej opłacalna) oraz tunele pod ulicami (są to przeważnie skrzyżowania dwupoziomowe, ułatwiające przejazd przez silnie obciążone ruchem węzły uliczne).

Inne podziały tuneli komunikacyjnych wg normy:

Kryterium głównego materiału konstrukcyjnego: konstrukcje metalowe (np.: tunele szlakowe metra),

betonowe, żelbetowe, z fibrobetonu, murowane ceglane i kamienne

Kryterium sposobu realizacji (wznoszenia) obiektu:

• obiekty realizowane metodami odkrywkowymi,

• obiekty realizowane metodami górniczymi,

• obiekty realizowane metodami specjalnymi.

B.Przybyła, I-14, PWr.

rodzaj obudowy stałej (monolityczne, prefabrykowane, o budowie mieszanej)

ze względu na liczbę otworów:

jednootworowe (jednonawowe), dwuotworowe (dwunawowe), wielootworowe (wielonawowe)

ze względu na usytuowanie w ciągu komunikacyjnym dla kolejowych i metra:

szlakowe (liniowe) i stacyjne

ponadto ze względu na liczbę torów w otworze (nawie): jednotorowe, dwutorowe, wielotorowe

kształt przekroju poprzecznego

(prostokątne, kołowe, podkowiaste, o krzywoliniowym przekroju złożonym)

kształty przekroju poprzecznego tuneli głębokich :

Podkowa otwarta lub zamknięta

Zamknięty pierścień kołowy

Zamknięta krzywa koszowa

Złożone odcinki proste i łukowe części górne lub dolne

Stamatello H., tunele i miejskie budowle podziemne, Arkady, W-wa 1970

kształty przekroju poprzecznego tuneli płytkich:

Madryas C., Kuliczkowski A., Tunele wieloprzewodowe, Skrypt Politechniki Świętokrzyskiej

kształty przekroju poprzecznego tuneli płytkich:

Stamatello H., tunele i miejskie budowle podziemne, Arkady, W-wa 1970

kształty przekroju poprzecznego tuneli płytkich: Element typu U z płytą stropową

Stamatello H., tunele i miejskie budowle podziemne, Arkady, W-wa 1970

wyróżnia się cztery typy budowli ze względu na warunki ich posadowienia

(wg Glinickiego):

- dla małych głębokości, posadowione w dobrych warunkach

geotechnicznych, najczęściej o przekroju prostokątnym;

- dla dowolnych głębokości w górotworze małonośnym, obciążone

hydrostatycznie, o przekroju kołowym;

- dla znacznej głębokości, w skałach wywierających duże ciśnienie pionowe i

poziome, wykonane w kształcie podkowiastym, według linii ciśnień, z

gładkim połączeniem krzywizn;

- dla znacznej głębokości, w skałach wywierających głównie ciśnienie

pionowe, wykonywane jako sklepienie ukształtowane zgodnie z linią ciśnień

i oparte na ścianach masywnych.

METODY BUDOWY TUNELI KOMUNIKACYJNYCH

• Metody górnicze w tym NATM (New Austrian Tunnelling Method)

• Metody z użyciem maszyn drążących (TBM i SM)

• Pipe Roofing

• Przeciski hydrauliczne

• Mikrotunelowanie

• Metody odkrywkowe wraz z metodą stropową

• Zatapianie gotowych segmentów

Kryterium sposobu realizacji obiektu wg PN-S-02203:1997: obiekty realizowane metodami odkrywkowymi,

obiekty realizowane metodami górniczymi, obiekty realizowane metodami specjalnymi.

Wybór technologii i metod budowy podyktowany jest między innymi:

- typem budowli, - lokalizacją wysokościową

(zagłębieniem pod powierzchnią terenu),

- sposobem użytkowania powierzchni terenu,

- warunkami hydrogeologicznymi, - względami ekonomicznymi.

urabianie gruntu:

ręczne, mechaniczne i z użyciem materiałów wybuchowych

żródło: Furtak K., Kędracki M.: Podstawy budowy tuneli, Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej, 2005

żródło: Furtak K., Kędracki M.: Podstawy budowy tuneli, Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej, 2005

Kombajn AM-50 jest przeznaczony do drążenia chodników w skałach

o wytrzymałości na ściskanie do 100MPa.

źródło: www.zsz.nazwa.pl/gornictwo/

Sandvik kombajny chodnikowe

http://www.teberia.pl/galeria/thumbnails.php?album=204

METODY DRĄŻENIA TUNELI KOMUNIKACYJNYCH

„Metody Górnicze”

Do powszechnie znanych metod górniczych zalicza się:

- system angielski (z końca XVIII w.) stosowany przede

wszystkim w gruntach stabilnych,

- system belgilski (pierwsze zastosowanie w 1828 roku przy

budowie tunelu Charleroy) stosowany także w gruntach

rozdrobnionych,

- system niemiecki (z początku XIX w.) służący do budowy

tuneli o dużych przekrojach i przy znacznych naciskach

górotworu,

- system austriacki (z początku XIX w.) z urabianiem górotworu

praktycznie na całej powierzchni przekroju poprzecznego,

podobny w systemu angielskiego,

- system włoski nadający się do stosowania w słabym

górotworze (rumosz skalny), słabych gruntach (piaski, żwiry)

oraz w gruntach nasypowych.

W zależności od cech górotworu wyróżnia się następujące sposoby etapowej

rozbudowy przekroju poprzecznego wyrobiska (Glinicki):

a) sztolnia centralna, stosowana w bardzo mocnym górotworze,

b) przekrój pełny, stosowany w mocnym masywie skalnym,

c) sklepienie podparte, stosowane w górotworze o średniej mocy,

d) rdzeń oporowy, przydatny w warunkach słabego masywu gruntowego,

e) sztolnia centralna z obudowanym rdzeniem oporowym, przystosowana do

bardzo słabego górotworu

Glinicki S.: Budownictwo podziemne, Wydawnictwo Politechniki Białostockiej, 1994

żródło: Furtak K., Kędracki M.: Podstawy budowy tuneli, Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej, 2005

met. pełnego przekroju

żródło: Furtak K., Kędracki M.: Podstawy budowy tuneli, Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej, 2005

met. pełnego przekroju

Glinicki S.: Budownictwo podziemne, Wydawnictwo Politechniki Białostockiej, 1994

system belgijski

(dwusztolniowy)

żródło: Furtak K., Kędracki M.: Podstawy budowy tuneli, Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej, 2005

żródło: Furtak K., Kędracki M.: Podstawy budowy tuneli, Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej, 2005

Glinicki S.: Budownictwo podziemne, Wydawnictwo Politechniki Białostockiej, 1994

metoda włoska

Glinicki S.: Budownictwo podziemne, Wydawnictwo Politechniki Białostockiej, 1994

Stamatello H., tunele i miejskie budowle podziemne, Arkady, W-wa 1970

Stamatello H., tunele i miejskie budowle podziemne, Arkady, W-wa 1970

Stamatello H., tunele i miejskie budowle podziemne, Arkady, W-wa 1970

NATM (New Austrian Tunnelling Method)

Metoda ta zakłada specyficzne prowadzenie prac w sposób optymalny dla występujących warunków

lokalnych.

Zakłada się wykorzystanie górotworu jako elementu wstępnego zabezpieczenia wyrobiska.

Prowadzi się prace w sposób umożliwiający kontrolowanie procesów redystrybucji naprężeń i odprężenia

górotworu.

Zakłada się bieżącą obserwację zachowań górotworu i pomiary dla podejmowania na bieżąco decyzji o

środkach zabezpieczających

wyrobisko, o prędkości robót i kolejności drążenia.

Zakłada się podatność obudowy tymczasowej, zapewniając jej dobrą współpracę z nim i niedopuszczając do

wtórnych obwałów.

Prędkość budowa obudowy stałej jest uzależniona od wyników obserwacji i zachowania górotworu

zabezpieczonego obudową tymczasową

Planowanie budowy zakłada wcześniejsze symulacje zachowania się górotworu, wyniki nie są jednak

rozstrzygające.

Zabiegi stabilizujące wyrobisko:

- torkretowanie,

- podwieszanie siatek ochronnych,

- kotwienie górotworu,

- iniekcyjne zeskalanie górotworu,

- stosowanie łuków obudowy stalowej,

- okładziny oparte na łukach i lekkie łupiny osłonowe.

zabiegi stabilizujące i ich łączenie np.(Furtak, Kędracki):

- torkret (niewielkie spękania),

- torkret z siatkami (spękania i niewielkie osiadania),

- obudowa kotwiona (przy spękaniach i przemieszczeniach),

- kotwienie i torkret,

- kotwienie i torkret i siatki ,

- łuki stalowe (zaciskanie wyrobiska),

- łuki stalowe i narzut betonowy (i siatka),

- łuki i okładzina (i iniekcja),

New Austrian Tunnelling Method – NATM - schemat

New Austrian Tunnelling Method – NATM - schemat

New Austrian Tunnelling Method – NATM – schemat konstrukcji ściany

New Austrian Tunnelling Method – NATM – przykład

(Londyn -stacja Waterloo)

Tunel drogowy, płytki, jednonawowy