Prezentacja programu PowerPointNajstarszym tunelem komunikacyjnym na świecie był tunel pod rzeką...
Transcript of Prezentacja programu PowerPointNajstarszym tunelem komunikacyjnym na świecie był tunel pod rzeką...
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