MB-L2 -D07-4777/02 ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

1

PROJEKT BUDOWLANY PIERWSZEGO ETAPU REALIZACJI ODCIN KA ZACHODNIEGO II LINII METRA W WARSZAWIE

TUNEL SZLAKOWY D07

TOM II

PROJEKT ARCHITEKTONICZNO-BUDOWLANY

TOM II/3

KONSTRUKCJA WENTYLATORNI V07 Z POMPOWNIĄ SZLAKOW Ą

OBLICZENIA STATYCZNO – WYTRZYMAŁO ŚCIOWE

( wyciąg z obliczeń stron .... )

mgr inż. Franciszek Ryszard Misiurek

mgr inż. Urszula Gawlewicz

mgr inż. Ewa Zawada

MB-L2 -D07-4777/02 ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

2

SPIS ZAWARTOŚCI OBLICZE Ń STATYCZNO – WYTRZYMAŁO ŚCIOWCH

1. Obliczenia stateczności na wypływanie wentylatorni V07

2. Obliczenia stateczności dna wykopu wentylatorni V07

3. Obliczenia ścian szczelinowych w fazach realizacji i docelowej

3.1. Obliczenia palościanki berlińskiej –zabezpieczenie wykopu w wstępnego

3.2. Obliczenia ścian szczelinowych

4. Obliczenia konstrukcji obiektu wentylatorni V07 posadowionej na podłożu podatnym

programem ( 3D) ABC6- obiekt

1. STATECZNOŚĆ NA WYPŁYWANIE WENTYLATORNI SZLAKOWEJ V07

1.1. Obliczenia stateczności na wypływanie konstrukcji wentylatorni V07

Podstawowe dane gabarytowe obiektu:

Rzędna PGS w obiekcie - 16.07 m n”0” W.

Rzędna spodu pł. dennej śr- 13.30 m n”0” W.

Rzędna wierzchu stropu - 31.30 m n.”0” W.

Rzędna terenu na obiektem – śr. ~33.10 m n.”0” W.

Rzędna poziomu wody gruntowej obliczeniowy – do obliczń sateczności obiektu na

wypływanie przyjęto I poziom wodonośny 28.00 m n.”0” W

Wentylatornia Vo7 – w rzucie kształt prostokąta o wymiarach w świetle długość

– wzdłuż torów 15.0 m, szer.- 25.90 m , obudowana ścianami szczelinowymi

grubości 1.0 m.

1.1. Siły wyporu ( W )

Objętość obiektu poniżej poziomu wody gruntowej Hw = 28.00 – 13.30 = 14.70 m ;

V=17.00 x 27.90 x 14.70 = 6970 m3

Wypór wody obiektu : W = 6970 x 10 =69 700 kN

Projektowane ściany szczelinowe – 15.1 m poniżej dna – wypór o ścian i baret

Ws = 2x(15+27.90)x 15.1x 10 = ~13 000 kN , baret Wb = 3600 kN

Wypór baret i ścian szczelinowych poniżej dna Ws,b =13 000+3600 = 16 600 kN

Łączny wypór : W = 69 700 + 16 600 = 86 300 kN

1.2 . Siły balastujące obiekt - ciężary ( U )

MB-L2 -D07-4777/02 ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

3

1.2. 1. ściany szczelinowe ( na wysokości obiektu do poziomu spodu dna ) ciężar

pomniejszony o 4 otwory wejściowe dla tuneli drążonych

g= 4 x Pi x 2.7 2 x 1 x 25 = 2300 kN

g ś = [18.0 x 2 x ( 27.90+15)] x 25 = 38 700-2300 =.......................................... 36 400 kN

łączny ciężar ścian i baret poniżej płyty dennej=.16 60025/10.............................41 500 kN

1.2.2. Strop górny (ciężar pomn. o otwory) :

go = (4.5x4.5)+ (9.15x3.3) x 0.78 x 25 = 400+590 kN

g sz = 15.0x 25.90 x 0.78x 25 = 7570-990 =............................................................6580 kN

1.2.3. Stropy pośrednie ( pomniejszony o otwory )

g sp = (2x 388.5 – 2x20) x 0.5 x 25 =.......................................................................9200 kN

1.2.4. płyta denna

g d = 388.5 x 1.10 x 25 =..........................................................................................10700 kN

1.2.5 .Zasypka - grubość średnia ~1.9 m

g z = 1.9 x 27.90x 17.0 x 19 = ................................................................................. 17100 kN

1.2.6.– warstwa betonu gr. 1.40 m na płycie dennej( poza zbiornikiem ) łącznie

ze ściankami konstrukcyjnymi na wysokość 1.40 m w nawie środkowej, płyta nad

zbiornikiem

(2x15x 1.4 x 0.5+ 2x12 x1.0x 1.4) x 25 + 12x5x0.6x25 + 12x8x1.4x24=................. 4480 kN

suma ciężarów balast.- po przesuwie tarcz bez cięż. ( 1.2.5 i 1.26) 104 400 kN

1.3. Stateczność na wypływanie konstrukcji

n = 0.9 x U / 1.1 x W > 1.0

n = 0.9 x 104 400 / 1.1x 86300 = ~ 0.99 < 1.0

Dla zbilansowania sił należy wykonać w fazie roboczej co najmniej ścianki i warstwę

betonu na pł. dennej w nawie środkowej na wysokość 1.4 m (1.2.6)

n= 0.9 ( 104 400+4480) /1.1 x 86.300 = ~ 1.03 > 1.0

Przyjęto w bilansie sił utrzymujących i wyporu fazę stanu surowego konstrukcji po

przejeździe obu tarcz przez przestrzeń szybu bez zasypki na stropie. Ciężar ścian

szczelinowych uwzględniono odrębnie do spodu pł. dennej oraz i zagłębienie poniżej

dna 15.1 m – tak jak i barety.

W fazie docelowej przy uwzględnieniu ciężarów ścian i zasypki na stropie stateczność na

wypływanie jest zapewniona ze współczynnikiem n = dużo większym od jedności.

2. STATECZNOŚĆ DNA WYKOPU WENTYLATORNI V07

MB-L2 -D07-4777/02 ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

4

2.1.Obliczenia stateczności dna wykopu w fazie realizacji wentylatorni V07 i niezbędnej

grubości warstwy tamującej JET – przegrody hydraulicznej.

Rzędna spodu pł. dennej śr. 13.30 m n ”0” W.

Rzędna poziomu wody gruntowej – II poziom wodonośny 26.2-26.5 +/- 0.3 m – przyjęto do

obliczeń stateczności dna - 27.00 m n.”0” W

Sprawdzenie stateczności dna wykopu przy realizacji wentylatorni V07 określono przyjmując

założenie warstwy tamującej („korka” ) na głębokości 1.0 m poniżej spodu płyty dennej .

γ w =10 kN/m3 - ciężar jedn. wody ; γ g =20.5 kN/m3 - ciężar jedn. gruntu – warstawa

IIIb; γ J = 23 kN/m3 - ciężar jedn. warstwy jetu;

Bilans sił wyporu – grożących przebiciem hydraulicznym dna - i balastujących.

Przyjęto założenie obniżenia poziomu wody gruntowej wewnątrz wykopu okolonego ścianami

szczelinowymi ~ 0.5 m poniżej najniższej rzędnej spodu dna do rzędnej

~ +12.80 m n”0” W - do tej rzędnej będzie obniżony poziom wód napływowych

przenikających do wnętrza wykopu przez nieszczelności warstwy JET i okalających ścian

szczelinowych.

Rzędna wierzchu warstwy JET - 13.30 –1.0 = + 12.30 m n. „.0” W

Wysokość słupa wody gruntowej do wierzchu projektowanej warstwy Jet wynosi zatem

∆Hw = 27.00 – 12.30 = 14.70 m

Niezbędną grubość warstwy JET gwarantującej stateczność dna z uwagi na przebicie

hydrauliczne określamy wg wzoru n > 0.9 x B / W > 1 ;

0.9 ( 1.0 x γ g + X x γ J ) > γ w (∆Hw + X )

0.9 ( 1.0 x 20.5 + X x 23 ) > 10 ( 14.70 + X )

Stąd grubość warstwy Jet X = ~ 12, 0 m - wierzch warstwy na rzędnej 12.30 m n”0” W

Spód warstwy Jet na rzędnej + 0.30 m n ”0” W.

Wynikające stąd niezbędne zagłębienie ścian szczelinowych poniżej płyty dennej z uwagi na

nie rozprzestrzenianie się Jetu w środowisku gruntowym wynosi :

(przyjęto spód ściany 0.3 m poniżej spodu Jetu – rzędna + 0.00 m n. „0” W.)

h = ~13. 60 m.

MB-L2 -D07-4777/02 ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

5

3. OBLICZENIE ŚCIAN SZCZELINOWYCH WENTYLATORNI V07 W FAZACH

REALIZACJI I DOCELOWEJ

3.1. Obliczenie pali ścianki berlińskiej zabezpieczającej wykop powyżej spodu wieńca stropu zewnętrznego obiektu Grubość zasypki nad projektowanym stropem – 1. 90 – 2.1 m Wysokość pala ścianki berlińskiej zakotwionej w ścianie szczelin.-1.75 + 0.85 + 0.5 =3.10 m Obciążenie pala parciem gruntu Parcie gruntu max = Ka x h x γ , Ka = tg2 ( 45 –φ/2 ) = tg2 ( 45 – 30/2 ) = 0.33 Trójkątny wykres parcia - rzędna e= 0.33 x 20 x 3.10 = 20.63 kN/m2 Parcie od naziomu – przyjęto pracę sprzętu na powierzchni 15 kN / m2 rostokątny wykres parcia od obc. naziomu początek w odległości 0.6 x tg 30 = 0.35 m od wierzchu pala rzędna parcia od naziomu en= 0.33 x 15 = 5 kN/m2 Rozstaw pali w ściance berlińskiej a= 1.75 m. Moment zginający pojedynczy pal MP = 1.75 x [( 0.5 x 20.63 x 3.1 x o.33 x 3.1 ) + ( 5 x 2.75 x 0.5 x 2.75 ) ] = 90.33 kNm x 1.3 = 117.50 kNm Siła ścinająca pal T = ( 0.5 x 20.63 x 3.1 + 5x 2.75 ) x 1.75 = 45.75 kN /pal x 1.3 = ~ 60 kN Sprawdzenie przekroju pala:

σ = M / W ≤ R → W = M / R → gdzie W- niezbędny wskaźnik wytrz. dla pala W = 117.5 / 215 (stal-St3Sx) = 547 cm3 - I 340 W=923 cm3 Przyjąć pale I 340 w rozstawie co 1.75 m

Obciążenie ściany szcżelinowej palami ścianki berlińskiej zakotwionymi w ścianie : M= 117,5 co 1.75 m = ~68 kNm/m T= 60 /1.75 m = ~35 kN/m

3.2. Ściany szczelinowe wentylatorni V07

Założenia do obliczeń. - warunki geotechniczne - wg opracowania geotechnicznego. - zagłębienie wentylatorni i wg profilu.

rzędna terenu - 33.22 m rzędna wierzchu stropu – 31.32m

- poziom wody gruntowej – wg geotechniki – 28.00 m Założono wykop wstępny głębokości 0.50m – zdjęcie warstw nawierzchni. - Geometria przekroju wg rysunku - Ściany szczelinowe grubości 1.0 m - Stropowa metoda realizacji - Woda będzie obniżana w obrębie wykopu ograniczonego ścianami szczelinowymi. - W poziomie pośrednim ( między stropami docelowymi ) w fazie realizacji

zaprojektowano dodatkowe rozpory czasową z rur stalowych Ф 711/12.5 mm .

MB-L2 -D07-4777/02 ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

6

- Strop zewnętrzny jest monolitycznie związany ze ścianami szczelinowymi , rozparcia pozostałymi stropami przegubowe. - Pod płytą denną zostanie wykonana warstw Jet-groutingu niezbędna do stabilizacji dna

wykopu , jest to dodatkowa rozpora ścian szczelinowych pracująca w fazach realizacji i docelowo. Sztywność rozpory przyjęto jak dla stropy o h=1.0 z betonu B-15.

Geometria rozpór :

- strop zewnętrzny : EF = 0.80 x 1.0 x 32x106 = 2.56 x 107 kN/m EJ = ( 1.0 x 0.83/12) x 32 x 106 =1.36 x 106 kNm2/m - stropy pośrednie : EF = 0.5 x 1.0 x 32 x 106 = 1.6 x 10 7 kN/m EJ = ( 1.0 x 0.53 /12 )x 32 x 106 = 3.33 x 105 kNm2/m - rozpora stalowa : EF = 0.0274 x 2x108 = 5.48 x 106 / 3.0m = 1.83 x 106 7 kN/m EJ = 0.00167 x 2 x 108 = 3.35 x 105 / 3.0 m = 1.12 x 105 kNm2/m - płyta denna : EF = 1.0 x 1.0 x 32x 106 = 3.2 x 10 6 kN/m EJ = ( 1.0 x 1.03 /12 ) x 32x 106 = 2.66 x 10 6 kNm2/m - Jet- grouting : EF = 1.0 x 27 x 106 = 27 x 106 kN/m EJ = 1/12 x 27 x106 = 2.25 x 106 kNm2/m Obliczenia pracy ściany w fazach realizacji i docelowej przeprowadzono programem GGU-RETAIN. Obliczenia w fazach realizacji przeprowadzono dla parcia czynnego , a w fazie docelowej dla parcia spoczynkowego.

MB-L2 -D07-4777/02 ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

7

FAZA 1- realizacyjna

MB-L2 -D07-4777/02 ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

8

FAZA 2 - realizacyjna

MB-L2 -D07-4777/02 ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

9

FAZA 3 - realizacyjna

MB-L2 -D07-4777/02 ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

10

FAZA 4 - realizacyjna

MB-L2 -D07-4777/02 ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

11

FAZA 5 – docelowa ( stopa przegubowo oparta w gruncie )

MB-L2 -D07-4777/02 ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

12

FAZA 5 – docelowa ( utwierdzenie w gruncie stopy ściany)

MB-L2 -D07-4777/02 ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

13

4.OBLICZENIA KONSTRUKCJI OBIEKTU WENTYLATORNI V07 POSADOWIONEJ NA PODŁOŻU PODATNYM PROGRAMEM ( 3D)

ABC6- OBIEKT

Obliczono przestrzenny schemat statyczny konstrukcji wenylatorni szlakowej programem (3D) – ABC 6 – OBIEKT . W obliczeniach statyczno – wytrzymałościowych strukturę konstrukcyjną obiektu posadowiono na podłożu podatnym (Winklera). Parametry podatności wyprowadzono z modułu odkształcenia E0 = 35 - 45 Mpa (dla warstwy Vb w poziomie posadowienia) wg wzoru Kz = E0 / ( 1-ν ) x ω x 1 [ Mpa /m ]. Dla wymiarów wewnętrznych wentylatorni L/B =25.5x 15.0 m = ~1.7 ω= 1.20 , ν = 0.25 . i E0 = 35 Mpa , wartość parametru podatności pod płytą denną obiektu wynosi : Kz = ~ 31 Mpa / m. Wartość parametru podatności pod ścianami szczelinowymi – w poziomie posadowienia przyjęto K = 4 x 30 = 120 Mpa/m Konstrukcja obiektu - monolityczne stropy pośrednie i płyta denna połączone są przegubowo ze ścianami szczelinowymi przegubowo ( we wnękach śc. szcz.). Strop zewnętrzny zwarty jest monolitycznie ze ścianami za pośrednictwem monolitycznych wieńców . Ściany wewnętrzne połączone są monolitycznie ze sobą i ze stropami oraz przegubowo ze ść. szczelinowymi. Obciążenia obiektu - schematy obciążeń przyjęte w obliczeniach zestawiono na stronie następnej oraz wybrane zaprezentowano na wydrukach. Obciążenia boczne - wartości parć i odporu przyjęto z obliczeń GGU ścian szczelinowych – patrz p. 3 Obciążenia pionowe - strop zewnętrzny ; zasypka gr. 2 0 m , obciążenia ruchome chodnik – 5 kN / m2 , obciążenie na jezdni 1 pas - 110 kN/ m2 , 2 pas - 70 kN/m2. Obciążenia pionowe - stropy pośrednie: warstwy nawierzchni , obciążenia wentylatorami i tłumikami 8 kN/m2 , obc. technologiczne 5 kN /m2 . Obciążenia pionowe - płyta denna : warstwy nawierzchni, obciążenie taborem metra 15 kN/m2, obc. technologiczne 5 kN /m2 , obciążenie wyporem wody dna 130 kN/m2. Współczynniki obciążenia – obc. sałe [ 1.35] , zmienne [1.5]

MB-L2 -D07-4777/02 ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

14

Sumy sił w schematach Nr X[kN] Y[kN] Z[kN] Xx[kNm] Yy[kNm] Zz[kNm] Opis 1 0,0 0,0 -109301 0,0 0,0 0,0 Ciężar własny 2 0,0 0,0 -14321 0,0 0,0 0,0 sz_zasypka 3 0,0 0,0 -1219 0,0 0,0 0,0 sz_chodnik 4 0,0 0,0 -7677 0,0 0,0 0,0 sz_p1 5 0,0 0,0 -3834 0,0 0,0 0,0 sz_p2 6 0,0 0,0 -111,4 0,0 0,0 0,0 sz_pawilony 7 0,0 0,0 -900,2 0,0 0,0 0,0 s1_szlichta 8 0,0 0,0 -816,3 0,0 0,0 0,0 s1_went 9 0,0 0,0 -1353 0,0 0,0 0,0 s1_uzytkowe 10 0,0 0,0 -928,5 0,0 0,0 0,0 s2_szlichta 11 0,0 0,0 -1934 0,0 0,0 0,0 s2_uzytkowe 12 0,0 0,0 -3785 0,0 0,0 0,0 pd_szlichta_nb 13 0,0 0,0 -5000 0,0 0,0 0,0 pd_szlichta_ns 14 0,0 0,0 -893,8 0,0 0,0 0,0 pd_pociag1 15 0,0 0,0 -788,6 0,0 0,0 0,0 pd_pociag2 16 0,0 0,0 -901,4 0,0 0,0 0,0 pd_pociag3 17 0,0 0,0 -795,4 0,0 0,0 0,0 pd_pociag4 18 0,0 0,0 -651 0,0 0,0 0,0 pd_uzytkowe1 19 0,0 0,0 -359 0,0 0,0 0,0 pd_uzytkowe2 20 0,0 5755 0,0 0,0 0,0 0,0 szcz_1_1 21 0,0 -5755 0,0 0,0 0,0 0,0 szcz_1_2 22 9676 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 szcz_1_3 23 -9676 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 szcz_1_4 24 0,0 9643 0,0 0,0 0,0 0,0 szcz_2_1 25 0,0 -9643 0,0 0,0 0,0 0,0 szcz_2_2 26 16213 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 szcz_2_3 27 -16213 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 szcz_2_4 28 0,0 26656 0,0 0,0 0,0 0,0 szcz_3_1 29 0,0 -26656 0,0 0,0 0,0 0,0 szcz_3_2 30 44815 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 szcz_3_3 31 -44815 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 szcz_3_4 32 0,0 19404 0,0 0,0 0,0 0,0 szcz_4_1_1 33 0,0 -19404 0,0 0,0 0,0 0,0 szcz_4_2_1 34 32623 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 szcz_4_3_1 35 -32623 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 szcz_4_4_1 36 23323 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 szcz_4_1_2 37 -23323 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 szcz_4_2_2 38 0,0 13873 0,0 0,0 0,0 0,0 szcz_4_3_2 39 0,0 -13873 0,0 0,0 0,0 0,0 szcz_4_4_2 40 0,0 75331 0,0 0,0 0,0 0,0 obciazenie_sciany_szczelinowej 41 126650 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 obciazenie_sciany szczelinowej26,9 42 0,0 0,0 55952 0,0 0,0 0,0 pd_wypor_wody

MB-L2 -D07-4777/02 ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

15

Obliczenia wentylatorni V07 w programie ABC Obiekt 3D Schemat statyczny

Podparcie schematu na podłożu podatnym

MB-L2 -D07-4777/02 ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

16

Widok ścian wewnętrznych i grubości

Obciążenie ściany obiektu parciem i odporem gruntu

MB-L2 -D07-4777/02 ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

17

Obciążenie ściany obiektu parciem i odporem gruntu

Strop zewnętrzny –obciążenie zasypką

MB-L2 -D07-4777/02 ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

18

Obciążenie stropu zewnętrznego w obrębie chodnika

Strop zewnętrzny- obciążenie na jezdni (pas1)

MB-L2 -D07-4777/02 ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

19

Strop zewnętrzny- obciążenie na jezdni (pas2)

Strop poziomu -1-obciążenie wentylatorami i tłumikami

MB-L2 -D07-4777/02 ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

20

Strop poziomu -2- Obciążenie technologiczne(schemat 1)

Płyta denna -obciążenie pociągiem (schemat1)

MB-L2 -D07-4777/02 ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

21

Płyta denna obciążenie technologiczne (schemat1)

Płyta denna-obciążenie wyporem wody