ALAGUTAK (LGM-SE008-1) 3. ELŐADÁS PAJZSOS ALAGÚTÉPÍTÉS WOLF ÁKOS március 18.

Átírás

1 ALAGUTAK (LGM-SE008-1) 3. ELŐADÁS PAJZSOS ALAGÚTÉPÍTÉS WOLF ÁKOS március 18.

2 Alagútfejtési eljárások 2

3 Alagútépítési eljárások 3 Tradicionális alagútépítés Pajzsos alagútépítés Biztosítás Alagút-fejtés Fejtés Szállítás Megtámasztás Szállítás

4 Alagútfúró gép funkciói 4 1. Fejtés Részfejtés Teljes keresztmetszet fejtése

5 Alagútfúró gép funkciói 5 2. Megtámasztás

6 Alagútfúró gép funkciói 6 3. Kitermelt anyag elszállítása

7 Előnyök és kockázatok 7 Munkavédelem Építési költség és építési idő csökken Kedvezőtlen kőzet (talaj) környezetben való építés (gazdaságosan és gyorsan) Előnyök Munkaminőség biztosítottsága Kőzet- és talajkörnyezetbe kevésbé avatkozik bele Kockázatok Nem rugalmas: kivitelezési technológia csak nagyon körülményesen változtatható Kezdeti szakaszban részletes projektparaméter vizsgálat a technológia kiválasztás szempontjából

8 Alagútfúró gépek (tunnel boring machines) 8 Nyitott TBM-ek Alagút bővítő gép Gripper TBM Állékony, kemény kőzet Állékony, kemény kőzet Alagútfúrás kőzetben Nyílt homlokú pajzs Gyenge kőzet Állékony talaj Mechanikus homlokmegtámasztás Mállott, nagyon töredezett kőzet Állékony talaj Pajzsos TBM-ek Légnyomásos pajzs Vegyes kőzet Kemény, állékony talaj, talajvíz Zagymegtámasztásos pajzs (Slurry, Hidro) Vegyes kőzet Puha szemcsés talaj Földnyomásos pajzs (EPB) Vegyes kőzet Puha kohézív talajok (agyag) Hibrid TBM-ek Dupla pajzs EPB-zagy pajzs Kemény kőzettől a talajig Változó kőzetkörnyezet Alagútfúrás talajban

9 Alagút bővítő gépek 9 Egy feltáróvágatot bővít fel, aminek a tengelye megegyezik a tervezett alagútéval Az előrehaladáshoz mind a meglévő alagút falát, mind a felbővítet alagút falát felhasználja

10 Alagút bővítő gépek 10 Alagútbővítő gép (TBE) Uetliberg Alagút, Svájc 5 m átmárőjű feltáróalagutat bővített fel 14.4 m átmérőjűre.

11 Alagútfúró gép (gripper TBM) 11 Kemény, állékony kőzet (ideiglenes megtámasztás: kőzetcsavar, acél tám) 1. Vágófej 2. gripper pajzs 3. Fogas (finger) pajzs 4. Gyűrű emelő (erector) 5. Horgony fúró 6. Munkakamra védőtetővel 7. Acélháló emelő 8. gripper talp Gripper

12 Alagútfúró gép (gripper TBM) 12 Single gripper system

13 Alagútfúró gép (gripper TBM) 13 Double gripper system

14 Alagútfúró gép (gripper TBM) 14

15 Pajzsos TBM 15

16 Pajzsos TBM 16

17 Nyílt homlokú alagútfúró pajzs 17

18 Pajzs mechanikus homlokmegtámasztással 18 Homlok aktív megtámasztása nem szükséges

19 Pajzs mechanikus homlokmegtámasztással 19 Szimpla munkakamra Talaj/kőzet elszállítása közvetlenül a munkakamrából Aktív megtámasztású pajzs nyílt mód Flood doors closed Flood doors open

20 Keszonos pajzs 20 Nyílt pajzs talajvízszint alatt vízbetörés megakadályozása túlnyomással Légzsilip Két független túlnyomásos rendszer munkavédelem

21 Zagymegtámasztásos pajzs 21 Alkalmazás Zagy Instabil talaj-/kőzetkörnyezet Vízáteresztő talajkörnyezet Nagy mennyiségű és/vagy nyomású talajvíz Homlok aktív megtámasztása Kitermelt anyag elszállítása Homloknyomás szabályozása direkt: zagyszint szabályozása indirekt: másodlagos munkakamra

22 Zagymegtámasztásos pajzs Marótárcsa 2. Nyomásálló fal 3. Sűrített levegő 4. Talajpépet elhatároló fal 5. Zagyszállítás 6. Kőtörő Betáp vezeték 8. Erektor 6 5

23 Zagymegtámasztásos pajzs Talajpépet elhatároló fal 2. Munkakamra 3. Sűrített levegő 4. Zsilipkamra nyomásálló fala 2 Slurry - zagynyomás Hidro, mix levegő nyomás

24 Zagymegtámasztásos pajzs 24

25 Zagymegtámasztásos pajzs / Hidro-pajzs 25 A legnagyobb zagymegtámasztású pajzs D=15.43 m 2006-ból, a shanghj-i Changjiang alagút építéséről.

26 Zagymegtámasztásos pajzs - kőtörő 26

27 Zagymegtámasztásos pajzs kettős működés 27 zárt félig-zárt nyitott teljes homlokon folyadékmegtámasztás alsó rész folyadék, felette levegőtámasztás teljes megtámasztás levegővel

28 Zagymegtámasztásos EPB pajzs 28 Alkalmazási terület klasszikus elgondolás

29 Zagymegtámasztásos EPB pajzs 29 Alkalmazási terület klasszikus elgondolás k=10 [m/s] Slurry-Shield Permeability k k=10-3 [m/s] k=10-7 [m/s] EPB-Shield k=10-12 [m/s]

30 Percent finer by weight d in % Percent finer by weight d in % Zagymegtámasztásos EPB pajzs 30 Körnungslinie Clay Hydrometer Silt Fine- Medium- Coarse- EPB ,001 0,002 0,006 0,02 0,06 0,2 Sieve size d in mm Sand Sieve Slurry Gravel Fine- Medium- Coarse- Fine- Medium- Coarse- Foam 0,6 2,0 6,0 20,0 60,

31 Talajpépmegtámasztás/ EPB-pajzs 31 Alkalmazás: Kohéziós talaj Vegyes, változékony talajkörnyezet Töredezett kőzet Homlokmegtámasztás:nyomás alatti földpép Talajkitermelés: talajszállító csiga + szállítószalag Nyomásszabályozás: Előtolás szabályozása Szállítócsiga szabályozása

32 Talajpépmegtámasztás/EPB-pajzs Pajzs 2. Marótárcsa 3. Munkakamra 4. Meghajtó berendezés 5. Hidraulikus sajtó 6. Talajszállító csiga 7. Tübbing erektor 8. Tübbinges falazat

33 Talajpépmegtámasztás/ EPB-pajzs 33

34 csökkenő homlok-stabilitás csökkenő víznyomás EPB-pajzs négy mód 34 NYITOTTtól ZÁRTig zagy talajpép megtámasztású mód (szivattyúzható) zárt mód (nem szivattyúzható) zárt, nyomás alatti mód nyitott mód

35 EPB-Pajzs talajszállító csiga 35

36 EPB pajzs talajszállító csiga 36

37 EPB-pajzs alkalmazási tartomány 37 Szállító közeg: Kohéziós talaj Puha állapot (I c = 0,4-0,75) Nagy vízfelvevő képesség Kis vízáteresztő képesség

38 EPB-pajzs alkalmazási tartomány 38 agyag iszap homok kavics nyitott pajzs lehetséges durva szemcsés talaj hab és polimerek Csomósodási hajlam hab és adalékszeres kondicionálás szükséges iszapos homok hab rendkívül durva szemcséjű talaj hab, polimer és töltőanyag Szemcseátmérő [mm]

39 EPB-pajzs alkalmazási tartomány 39 agyag iszap homok kavics nagyon jó vízáteresztő pépes puha merev 0,25 0,50 0,75 1,00 kemény EPB zárt mód Adalékszer csomósodás ellen EPB nyitott mód plasztifikátorok jó vízáteresztő 10-4 vízáteresztő 10-5 Nagy viszkozitású bentonit Vegyes pajzs EPB pajzs adalékszerrel Konzisztencia, I c Áteresztő képesség, k [m/s]

40 EPB pajzs hab 40 Követelmények a hab alkalmazásához: plasztikus rövid távú kohézió alacsony belső súrlódási szög alacsony szivárgási együttható Hab alkalmazásának előnyei laza talaj Belső súrlódási szög csökkentése Rövidtávú kohézió Plasztikusság és alacsonyabb szivárgási tényező Kisebb kopás Kisebb forgatónyomaték Homlok rövid távú stabilizálása Kisebb csomósodási hajlam Talajstruktúra kialakítása Por csökkentése Kemény kőzet Fejtődiszkek állítási igényének csökkentése, diszkek tisztítása és a csere gyorsabbá tétele Habbal hatékonyabb anyagszállítás, mint vízzel Kisebb kopás és abbrazió Alacsonyabb nyomaték

41 EPB pajzs hab 41 Laza talaj kondicionálása kis kohéziójú homok rövid távú kohézió

42 Talajpépmegtámasztás/EPB-pajzs 42 A legnagyobb EPB pajzs 15,2 m átmérőjű (2006) Madridból

43 Dupla pajzs 43 Gripper TBM + pajzsos TBM Gripper

44 Dupla pajzs működési alapelv 44

45 Szimpla pajzs Dupla pajzs 45 Fő jellemzők Használható instabil kőzetben Végleges alagútfalazat: beton tübbing Min. átmérő: 2,8 m Teljesítmény: m/hónap Rövid szerkezet elakadás kis kockázata Fő jellemzők Használható instabil kőzetben Végleges alagútfalazat: beton tübbing Min. átmérő: 3,0 m Teljesítmény: m/hónap Fejtés + alagútfalazat építés párhuzamosan Multifunkciós

46 EPB-Zagy állítható pajzsok 46 A geológiától függően változtatható a fejtási mód Slurry Mode EPB Mode

47 EPB-Zagy állítható pajzsok 47 Open Mode EPB Slurry EPB

48 Alagútfúró gépek (tunnel boring machines) 48 Nyitott TBM-ek Alagút bővítő gép Gripper TBM Állékony, kemény kőzet Állékony, kemény kőzet Alagútfúrás kőzetben Nyílt homlokú pajzs Gyenge kőzet Állékony talaj Mechanikus homlokmegtámasztás Mállott, nagyon töredezett kőzet Állékony talaj Pajzsos TBM-ek Légnyomásos pajzs Vegyes kőzet Kemény, állékony talaj, talajvíz Zagymegtámasztásos pajzs (Slurry, Hidro) Vegyes kőzet Puha szemcsés talaj Földnyomásos pajzs (EPB) Vegyes kőzet Puha kohézív talajok (agyag) Hibrid TBM-ek Dupla pajzs EPB-zagy pajzs Kemény kőzettől a talajig Változó kőzetkörnyezet Alagútfúrás talajban

49 Hátűr injektálás 49 Hátűr: kifejtett keresztmetszet és a falazat (tübbingek) közötti rész

50 Hátűr injektálás 50 Hátűr injektálás célja Rövidtávon Hosszútávon hatékony kapcsolat biztosítása a talajjal felszínsüllyedések minimalizálása tübbingek azonos ágyazási viszonyainak megteremtése többletszigetelés biztosítása Hátűr kitöltő anyaggal szemben támasztott igények: megfelelő konzisztencia az injektáláshoz és a hátűr hézag nélküli kitöltéséhez kellő szilárdság, a farok szigetelésén történő visszaáramlás megakadályozására tömítőgyűrű biztosítása.

51 Hátűr injektálás 51 FAROKLEMEZEN KERESZTÜL zárókefe 2 zárókefe 1 zárókefe 3 faroklemez habarcs injektálós cső faroklemez szigetelő zsír tübbing TÜBINGEN KERESZTÜL 10 mm túlfejtés a TBM irányítására TBM pajzs zárókefe tübbing körkörös injektálás min 80 mm hidraulikus sajtó sajtó talplemez habarcs injektáló csonk

52 Spaciális technológiák 52 A földalatti tér optimalizációja

53 Marótárcsa fejtő szerszámok 53 Talaj kat. Talaj Fejtőeszköz Könnyen fejthető talaj: Nem, vagy kissé kohéziós homok, kavics, stb. Közepesen fejthető talaj - homok, kavics - Iszap, agyag Nehezen fejthető talaj - Mint 1 és 2, de d > 63 mm és kövek 0,01-0,1 m 3 - Mint 1 és 2, de tömbök 0,1 - >1m 3 - fejtő fog, folytonos vágóél - fejtő fog, vágóél - fejtő fog, acél tüske, központi vágórész - Mint 2., kiegészítő vágótárcsa és kis kőtörő - Mint 2., kiegészítő vágótárcsa és nagy kő törő 4 Könnyen fejthető kőzettömeg és hasonló talajok - töredezett, palás, mállott kőzettömeg - hasonló, kohéziós és nem kohéziós talaj - Vágótárcsa - Eltávolítható vágókés 5 Nehezen fejthető kőzet - vágó tárcsa

54 Marótárcsa fejtő szerszámok 54 Könnyen és közepesen fejthető talajkörnyezet EPB pajzs Hidro pajzs

55 Marótárcsa fejtő szerszámok 55 Nehezen fejthető talaj, könnyen fejthető kőzet Vágó tárcsa Fejtő fog

56 Marótárcsa fejtő szerszámok 56 Nehezen fejthető kőzet

57 Marótárcsa fejtő szerszámok 57 A kőzet tönkremenetele nyírásra.

58 Marótárcsa fejtő szerszámok 58

59 Alagútfúró géplánc 59

60 Pajzsindítás 60

61 Előrehaladás 61 Északi pajzs teljesítménye a 2007 április 13-i indulást követő időszakban Április fm fm fm Május fm fm fm fm Június fm fm Július fm fm

62 New TBM Technologies 62 Kőzetradarokkal előrejelezhető akadályok

63 Alagútfalazat tübbing 63 Pajzsos alagútépítés szegmensekből álló alagútfalazat. előregyártott vasbeton (acél) Beépítés pajzs védelmében Funkció alagút állékonyság építési és végleges állapotban Alagútfúró gép előrehaladása Belső burkolat technológiai okok

64 Tübbingek alkalmazása fúrt alagutak esetén 64 A falazat összesyerelése a pajzs védelmében Alagútfúró pajzs fejtőtárcsája Előregyártott elemek szállítása

65 Tübbing alagútfalazat 65 Előregyártott alagútfalazat alkalmazásának előnyei Előregyártás minőségbiztosítása: ellenőrzött anyag ellenőrzött körülmények Beépítés: pajzs védelmében teljesen gépesítetten ellenőrzött körülmények között, mm pontosan történik (20-40 perc) Előregyártott szerkezet: előfeszített tartó Méretezés végleges terhekre Nincs szilárdulási idő Talajstabilizálás injektálással Talaj-/kőzetkörnyezet minimális zavarása Hosszanti irány folyamatos nyomás kevesebb vasalás

66 Tübbingek alkalmazása fúrt alagutak esetén 66 Tipikus fúrt alagút, A végleges technológia beszerelése előtt

67 Tübbing alagútfalazat szerkezeti elemei 67 Zárókő Trapéz-szegmens Keresztirányú fuga Hosszirányú fuga Alagútfúrás iránya Normál szegmens

68 Tübbinges alagútfalazat szerkezeti elemei 68 Zárókő Trapéz-szegmens Keresztirányú fuga Hosszirányú fuga Normál szegmens

69 Tübbinges alagútfalazat szerkezeti elemei 69 Szegmensek típusai Állandó keresztmetszet Könnyített keresztmetszet Nényzetes Kúpos Hatszög Trapéz Speciális típusok

70 Tübbing falazat 70

71 A tübbinges alagútfalazat szerkezeti elemei 71 Fugák kialakításai Konvex-kovex Konvex-sík Konvex-konkáv Sík-sík Tipikus tömítések

72 Tübbinggyártás 72 Előregyártás lépései

73 Tübbinggyártás 73

74 Tübbing szerelés - erektor 74 mechanikus erektor: vákuumlapos erektor:

75 Tübbing szerepelés M4 75

76 Alagútépítés előkészítés 76 pajzsköpeny méretezése forgatónyomaték számítása GEOTECHNIKA sajtoló erő számítása koptatás becslése homloktámasztó nyomás számítása

77 Köszönöm a figyelmet