Sapare TUNEL Cu Scutul

7/27/2019 Sapare TUNEL Cu Scutul

1/8

R. Srghiuta Construcii subterane Tehnologii de executie n procedeu nchis

CURSUL 12

EXECUIA LUCRRILOR SUBTERANE CU SCUTUL

Metoda scutului a fost dezvoltat ca o tehnologie de spare a tunelelor n pmnturislabe sub ruri. A fost aplicat pentru prima dat de ctre Marc Brunel la realizarea laLondra a unui tunel de subtraversare a fluviului Tamisa, ntre 1825- 1843 (Fig. 1).

Realizarea acestei subtraversri a fost impus de necesitatea descongestionriitraficului ce aglomera oraul la acea dat la est de Podul Londrei (Fig. 2).

Figura 1

Metoda excavrii cu scutul a cunoscut o continuu dezvoltare fiind preluat dupAnglia, de Germania i Japonia. Aceast invenie ingenioas (1818) a reprezentat unconcept cu adevrat remarcabil care la aproape 200 de ani a stat la baza realizriitunelului de sub Canalul Mnecii.

Figura 2


2/8


Ideea de baz const n naintarea prin mpingere cu ajutorul unor vinciuri (presehidraulice), a unui cadru rigid (scutul) n terenul slab, prevenind n acest modprbuirea terenului i realizarea spturii la adpostul scutului.Este in prezent una dintre cele mai utilizate metode de realizare a lucrarilor subterane

n mediul urban. Scutul este o structur ce permite realizarea galeriilor n terenurinestncoase, n condiii de siguran, la adpostul unei carcase cilidrice din oel,

cuprinznd un complex de instalaii pentru excavare, susinerea spturii precum imontarea camuielii finale. Deplasarea scutului se face cu ajutorul preselorhidraulice ce acioneaz asupra cmuielii montate n spatele scutului.Figura 3 ilustreaza schema de principiu a acestei metode cuprinziind principaleleetape tehnologice.

Figura 4

Toate aceste instalaii alctuiesc ceea ce numim n mod generic scutul sau n traduceremaina de spat tunele (TBM = Tunnel Boring Machine). Funciile generale pe carele ndeplinesc aceste instalaii sunt: decuparea (tierea) profilului (secinunea)


3/8


tunelului pe msur ce nainteaz; stabilizarea zonei excavate; evacuarea sterilului(materialului excavat) n afara tunelului.

In prima faza are loc excavarea pe o distanta echivalenta cu lungimea unuisegment de camuiali dac este necesar sapatura poate fi sprijinit.

In cea de a doua faz are loc avansarea scutului cu ajutorul preselor hidraulice ce

mping n cmuiala deja montat. n timpul acestei operaii se produce umflareapereilor spturii n spatele frontului excavat.

In cea de a treia faz are loc montarea bolarilor ce alctuiesc un inel decamuial, n timp ce presele hidraulice se retrag.

In cea de a patra faz este umplut prin injectare interspaiul de 5 -10 cm, dintreextradosul cmuielii i pereii spturii.

Injectarea incomplet a golului, sau prbuirea pereilor atrag dup sine deformaiiale masivului i tasri la suprafaa terenului. Tasrile la suprafaa terenului pot filimitate prin alegerea celui mai potrivit tip de scut, sau prin msuri suplimentarede tratare (stabilizare) a terenului din zon.

Figura 5

Urmrind pe de o parte creterea vitezei de execuie iar pe de alt parte reducereacosturilor construciei i asigurarea stabilitii excavaiei au fost dezvoltate mai multetipuri de scuturi. Unul dintre elementele care le difereniazl reprezinti modul ncare se realizeaz sprijinirea.


4/8


Tehnologiile de excavare cu scutul pot fi clasificate n dou mari grupe:

1) n front deschis;2)n front sprijinit.

Tehnologiile specifice primei categorii se aplic n cazul unor terenuri stabile,

deschiderea frontului putnd fi total sau parial. Excavaiile se execut manualsau mecanic (Figura 5 a, b).Din cea de a doua categorie fac parte scuturile blindate cu perete despritor, careimpiedic prbuirea frontului, i aa numitele scuturi mecanice prevazute cu captietor rotativ. n cazul acestora din urma stabilitatea golului este asigurat prindiverse metode care pot fi clasificate dupa cum urmeaz:

(a)sprijinire mecanica;(b)sprijinire cu aer cornprimat;(c)sprijinire cu fluid;(d)sprijinire cu ajutorul materialului excavat.

a) Sprijinirea prin presare mecanic - stabilitatea frontului este asigurat prin

sprijinirea direct pe capul taietor. Se aplic n cazul unor terenuri plastice caracterizateprintr-o coeziune c l,30 kPa. n terenuri slabe, sub nivelul pnzei freatice esteincompleti riscant.b) Sprijinirea cu aer comprimat - permite echilibrarea presiunilor hidrostatice(atunci cnd nu sunt prea mari) cu ajutorul aerului comprimat. Aceast tehnic nupoate fi aplicat cu eficien dect n cazul unor terenuri mai puin permeabile(avnd o permeabilitate k Ilom5 m/s) pentru a evita pierderile de aer.Sistemul de etanare nu poate asigura o etanare ermetici de aceea sprijinirea nupoate fi asigurat numai prin meninerea sub presiune a camerei scutului. Costurile

n cazul acestei variante sunt foarte mari. Procedeul poate fi mbuntit prinautomatizarea lucrrilor n front, ceea ce ar evita instalarea unui sas dedecomprimare, precum i prin protecia cu un strat de torcret a pereilor spturiipentru evitarea pierderilor de aer.

n prezent se utilizeaz n mod frecvent, dou tipuri de maini, denumirea lor n limbaenglez de Slurry Shield Machines (STBM) and Earth Pressure Balance. Denumirealor deriv din modul de stabilizare a excavaiei n front.

Slurry Shield Machines (STBM) Sprijinirea cu fluid a excavaie - este unprocedeu inspirat de tehnica de sprijinire a forajelor cu noroi bentonitic - utilizat laforajele petrolifere sau la realizarea pereilor mulai. Stabilitatea frontului esteasigurat cu ajutorul unei suspensii de noroi bentonitic injectat sub sub presiune ncamera de excavare, n faa capului tietor prin mijloace mecanizate (Fig. 6).

Fluidul folosit este compus din ap i un aditiv care poate fi bentonita (folosit inEuropa), argila natural sau polimeri (folosit in Japonia). Controlul presiunii la care seinjecteaza fluidul se poate face fie prin variaii ale debitului (metoda japoneza) sau cuaer comprimat prin intermediul unui rezervor montat la partea superioar a camerei(metoda germana). Metoda este utilizat pentru o gam larg de pamnturi chiar i cupermeabilitate ridicat, datorit formarii unei peliculei etane - dar mai ales n cazulterenurilor granulare uor noroioase. n terenurile argiloase principala problem oconstituie lipirea argilei de diferite pri componente ale instalaiei.


5/8


Figura 6

Earth Pressure Balance(EPBM) Sprijinirea cu ajutorul materialului excavat saumetoda de echilibrare prin presiunea prmntului, utilizeaz pamtul excavat,meninut sub presiune, pentru asigurarea stabilitii fiontului chiar i n prezena apeisubterane. Metoda a fost aplicat n Japonia n anul 1974 i a cunoascut de atunci olarg utilizare n toat lumea, la realizarea galeriilor de metrou si galeriilor edilitare,datorita costurilor foarte mici in comparatie cu alte metode. n cazul n care materialulexcavat nu conine suficiente particule fine, este introdus, suplimentar, (dintr-omagazie special prevzut n capul taietor) o suspensie de argil pentru mbuntireaproprietilor materialului (Fig. 7).Omogenizarea materialului se realizeaz printr-un sistem mecanic, special alctuitdin bare de amestec, montate pe capul tietor rotativ. Suplimentar pentru

omogenizare i evitarea colmatrii se poate introduce ap. Aceast metod seutilizeaz de preferin n terenurile noroioase.

Figura 7


6/8


Alegerea uneia din cele dou variante ntr-un caz particular depinde de numeroifactori n principal de natur geologic. Fixarea unor limite simple de utilizare adiferitelor tipuri de scuturi in funcie de proprietatile terenului este dificil.

EPBM poate atinge rate mari de naintare necesitnd mai puine instalaii de pregtireacoperitoare dar este limitat de tipul de teren n care poate opera.

STBM este mult mai versatili poate opera ntr-o varietate mult mai larg de condiiide teren. Dezavantajul l constituie necesitatea unei staii de procesare i reciclare anoroiului bentonitic mult mai extinse. Deasemenea depozitarea materialului rezultat nurma excavrii implic costuri foarte mari legate de gsirea unui spaiu corespunztori de reducerea efectelor negative asupra mediului.

Construcia de tunele pentru proiecte de infrastructur (metrouri, canalizri, alimentricu ap) are loc adesea n terenuri slabe i n prezena apei subterane n zonele urbane.Riscul producerii unor tasri i ca urmare distrugerea structurilor supraterane esteridicat. Ca rezultat al perfecionrilor aduse att instalaiilor STBM ct i celor de tipEPBM asemenea riscuri au fost reduse.Dar chiar si cea mai avansat main de spat tunele va ntmpina probleme n

terenuri mixte i neomogene ce nu pot fi spate n siguran. n locul unor schimbricostisitoare i adaptri ale mainii chiar dac acest lucru ar fi posibil, este mai simplude tratat terenul pentru mbuntirea proprietilor acestora astfel nct maina spoat lucra.Folosind procedeul Slurry Shield acest lucru se poate obine prin pomparea apei i/saua bentonitei fluide n frontul tunelului i camera de lucru.

Figura 8

NOUA METOD AUSTRIAC (NATM)

n paralel cu recentele perfecionri ale tehnologiilor de execuie mecanizat cuscutul, aplicarea NATM (New Austrian Tunnelling Method) n care sunt utilizateancorele i pri-betonul ca elemente de susinere elastic a spturii, s-a extins i ndomeniul terenurilor nestncoase la lucrri subterane urbane. Aceast metod


7/8


modern este net superioar din punct de vedere economic tehnologiilor de execuiecu scutul, n condiiile n care deplasrile terenului rezultate n urma lucrrilor decoborre a nivelului apelor subterane nu afecteaz construciile din zon. Mrimeatasrilor n cazul utilizrii NATM n terenuri uoare este cuprins ntre 10...130 mm.In Tabelul 1 este prezentat relaia ntre stabilitate frontului i curba granulometric aterenului. Procentu1 de material fin ce trece prin sita cu ochiul de 74 m trebuie s fie

de cel putin 20% din total.Un alt avantaj a1 metodei const n faptul c nu necesit multe echipamente, i lucrriprovizorii de mare amploare, sau durat, care s duc la dezafectarea unor zone deteren. n condiiile n care infiltraiile depesc 100 l/min se impun msuri de drenaj,folosirea aerului comprimat sau alte msuri speciale de meninere a stabilitiispturii.

NATM a fost utilizata la execuia unor galerii la metrourile din Bonn, Viena ideasemenea n Japonia. Astfel la metroul din Viena metoda a fost aplicat larealizarea galeriei ce alctuiete tronsonul U3, tronson ce strbate o zon de terenaluvionar avnd o acoperire maxim de 17 m. Deasupra traseului galeriei se afl cincicldiri de birouri, condiiile de limitare a tasrilor terenului, fiind deci foarte severe.Dimensiunile seciunii transversale sunt de 30 m deschidere si 8 m nlime. Dincauza condiiilor dificile ce urmau a fi ntlnite, seciunea a fost fragmentat n trei

celule separate, excavaiile fiind completate apoi prin sparea a 7 galerii paralele deacces (Figura 9).

Figura 9


8/8


Nivelul apelor subterane a fost cobort sub cota radierului nainte ca lucrrile deexcavare s nceap Mai nti au fost excavate cele dou galerii centrale din zonastlpilor de sprijin, fiind urmate de execuia galeriilor laterale i n final cea dinmijlocul seciunii. Suplimentar s-au desfurat, n mai multe etape, lucrri de injeciiprin intermediul unor conducte, din interiorul a trei foraje, executate n imediatavecintate a fundaiilor cladirilor din amplasament . Prin injectarea radial s-a realizat

un voal de etanare intre fundaiile cldirilor i galeria metroului.O prim etapa a lucrarilor de injecii s-a desfurat naintea nceperii lucrrilor deexcavaii la galerie, n scopul realizrii unei precomprimri a pamntului de subfundaia cldirilor Etapele urmtoare de injectare au fost stabilite pe baza msurriitasrilor n timpul excavaiilor la galerii. Presiunea la care s-a facut injectarea a avutvalori cuprinse ntre 1-3 MPa.Ca urmare a lucrrilor de drenaj au fost nregistrate, n ciuda previziunilor, deplasrimai mari. Lucrrile de injecii i-au dovedit ns eficiena limitnd deplasrileterenului n proporie de 65% i prevenind astfel eventualele avarieri ale construciilorde deasupra. In Figura 10 sunt reprezentate comparativ deplasrile msurate n zoneleinjectate i cele neinjectate.

Figura 10

Aplicarea metodei este totui limitat de calitatea terenului care trebuie s se nscrienanumite limite, rezistena elastic q,>100kPa i modulul de elasticitate E > 10 MN/m2.

Sapare TUNEL Cu Scutul

Documents

Transcript of Sapare TUNEL Cu Scutul