GEOTECHNIKAI MONITORING AZ ALAGÚTÉPÍTÉSNÉL

Átírás

1 GEOTECHNIKAI MONITORING AZ ALAGÚTÉPÍTÉSNÉL Alagútépítés Dr. Horváth Tibor Oktatási segédanyag. Budapest Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Mérnöktovábbképző Intézet

2 Ezt a tananyagot jogosultan csak a BME Mérnöktovábbképző In6tézet beiratkozott hallgatói használhatják. Dr. Horváth Tibor 2

3 Geotechnikai monitoring az alagútépítésnél Dr. Horváth Tibor GEOVIL Soil Instruments Kft. BME Mérnöktovábbképző GEOVIL Kft. GEOTECHNIKAI IRODA 2000 Szentendre, Pf

4 Geotechnikai monitoring céljac elsődleges célja: a biztonságos alagútépítés, a humán erőforrás, épített építendő és a természetes környezet védelme másodlagos célja: a geotechnikai monitoring mérésekből származó adatok felhasználásával ( akár a kivitelezés folyamán is) tervezési back analysis készítése, Pl. Fővám tér állomás harmadlagos célja: a geotechnikai paraméterek és a talaj/kőzet épített környezet kölcsönhatás időbeli változásainak megismerése ( short term long term design) Mit lehet és érdemes mérni m? -- alakváltozás talajban/kőzetben szerkezetben; pl. falazat elmozdulás- konvergencia mérés -- feszültségek kőzetben/ talajban szerkezetben; in situ feszültségmező elemei -- hatékony és semleges feszültségnagyságát, pl. horizontális földnyomás telített talajban -- speciális mérések, pl. fagyasztáshoz hőmérsékletmérés, geológiai hidrogeológiai mérések Köln,

5 NATM általános geotechnikai elrendezése

6 Geotechnikai monitoring elemei 1. Elmozdulás mérések a kőzetkörnyezetben és a falazatban az alagút biztosító szerkezetének elmozdulás mérése az alagút körüli kőzetkörnyezetben elmozdulás, inclinométer és extensométer 2. Feszülts ltségmérések az alagút körüli kőzetkörnyezetben és az alagút falazatában a primer ( üregnyitás előtti, in situ ) és a szekunder (üregnyitást követő, feszültségek változása az alagút falazatára ható tangenciális és az alagút falazatában ébredő normál feszültség 3. Egyéb speciális mérések, megfigyelések - térképezések geológiai térképezés, szelvényezés, tektonikai jegyek rögzítése, RQD felvétele nyírószondázás, Scmidt kalapácsos szilárdsági mérés hidrogeológiai mérések, vízvédelmi kutató fúrások, megfigyelések hőmérséklet mérések, szelvényezések speciális furatok 3 dimenziós bemérése

7 Geotechnikai monitoring elemei 1. Elmozdulás mérések a kőzetkörnyezetben és a falazatban az alagút t biztosító szerkezetének elmozdulása sa- alakváltoz ltozása elmozdulás s az alagút t körüli k kőzetkk zetkörnyezetben, inclinométer és extensométer ter

8 Elmozdulás s mérés m s geodéziai módszerrelm

9 Elmozdulás s mérés m s eszközei zei

10 Elmozdulásm smérés mérés s eredményei Bp. 4 metróvonal, Rákóczi tér állomás

11 Elmozdulás s mérés m s időbeli kezdése általános görbeg Mért elmozdulás Nem m mért elmozdulás Alagút t homlok távolst volság Y= A(1-exp( exp(-b(x-x 0 )))

12 Elmozdulás s mérés m értékelése 1. Tervezői i határért rtékek - megengedett elmozdulási értékek - tervezési értékek - riasztási értékek - elmozdulás sebesség 2. A mérésekm - A homlok nyitást követően max. 6 órával a 0 mérés megtörténjen - A mérések pontossága +/- 2 mm - A méréseket folyamatosan értékelni kell, közvetlen hozzáférés az érintetteknek - A tervezési értékeknél nagyobb elmozdulás esetén technológiai váltás, pl. gyűrűzárási idő csökkentése, horgonyzás, előtűzés változtatása, szerkezet módosítása

13 Geotechnikai monitoring elemei 1. Elmozdulás mérések a kőzetkörnyezetben és a falazatban elmozdulás- alakváltozás az alagút biztosító szerkezetébe elmozdulás s az alagút t körüli k kőzetkk zetkörnyezetben, inclinométer és extensométer ter mérések

14 Elmozdulás s mérés m inclinométerrel

15 Inclinométer

16 Inclinométer mérési m hibahalmozódás

17 Inclinométer mérési m eredmény

18 Inclinométeres mérések

19 InPlace (IP) inclinométer

20 Extensométerek terek

21 Horizontális extensométer ter (RH Reverse Head extensometer) Kábelvédő cső, kábel kivezetés Rögzítő horgony Fejtési Homlok Adatrögzítő

22 Horizontális extensométer ter (RH) mérési m elrendezés Alagútépítés iránya

23 Horizontális extenzométer ter mérési eredményei (homlok mozgásának mérése) m Bp. 4 metró,, Fővám F m tér t állomás s Duna alatti szakasz

24 Horizontális inclinométer alkalmazása, Bp. Fővám F m tér t állomás s Duna alatti szakszán

25 RH extensométer ter beépítés, Fővám F m tér t állomás, Duna alatti állomás s szakasz

26 Geotechnikai monitoring elemei 2. Feszülts ltségmérések az alagút körüli kőzetkörnyezetben és az alagút falazatában a primer ( üregnyitás előtti, in situ ) és a szekunder (üregnyitást követő, feszültségek változása. Tercier feszültség? az alagút falazatára ható tangenciális és az alagút falazatában ébredő normál feszültség

27 Alagút t körüli k feszülts ltségek In situ kőzetfeszültségek mérése, primer feszültségmező, s z ; s x ; s y ; Üregnyitás hatására kialakuló feszültségmező, szekunder feszültségmező Tangenciális feszültség Radiális feszülts ltség

28 Geosztatikus, primér kőzetfeszültségek 1. Geosztatikus, primer feszültségmező, s z ; s x ; s y ; 2. Jelentése : homogén, izotrop, rugalmas kőzetként kezelt kőzetek önsúlyterhelése hozza létre, amely a műszaki beavatkozás előtt kőzettömegben a számításkor figyelembe vesz a szerkezettervező. 3. Számítási módja - függőleges -maximális főfeszültség komponens s 1 = s z =rgz - vízszintes feszültség komponensek s 2 és s 3 = s x = s y =s z * n/(1- n), n=poisson szám, meghatározása bizonytalan ha n=0,25 akkor s x = s y = s z /3, n=0,5 akkor s x = s y = s z hidrosztatikus állapot

29 In situ primér kőzetfeszültségek 1. In situ primer feszültségmező, s z ; K 0 = s z /s y;x; 2. Jelentése : a nem homogén, nem izotrop, rugalmas kőzetben, a geológiai történések miatt egy korábbi ősfeszültségállapból fennmaradt feszültségtér amely az emberi beavatkozás előtt kőzettömegben jelen van. ( Brown & Hoek, 1978, Bieniavski. Z.T. 1984, Kálmán E.2008) A K 0 vagy l 0 az a viszonyszám amely a jelenkori feszültség-mezőben meghatározza a függőleges és a vízszintes in situ kőzetfeszültségek arányát. 3. Számítási módja nincs. 4. Meghatározása nagyobb mélységekben: helyszíni mérésekkel ( Kovács L-Bogár I., 2006) 5. Geotechnikai célú meghatározása: - Bore hole cella ( SMS Stress Monitoring Statinon, Kálmán E. 2008) - Preszióméterek :» Ménárd tipusú» Önbefúró Presióméter ( Self Boring Pressiometer,SBPT)

30 In situ Horizontális kőzetnyomk zetnyomás, WSM (World Stress Map)

31 Primer-in in situ kőzet nyomás s furatban (Budapest 4. metróvonal, Bocskai ú. és Fővám tér állomások)

32 Borehole Cella SMS beépítése Bp. Bocskai út állomás

33 Borehole Cella SMS mérési m eredmények, Bp. Bocskai út állomás s közötti k időszakban (Kálm lmán n E. 2008) Bohehole cells 5,00 4,50 4,00 3,50 Earth pressure cells [bar] 3,00 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 0,00 1-cell 2-cell 3-cell 4-cell 5-cell

34 Ménard Presszióméter Test

35 Önbefúró pressióméter ( Self Boring Pressiometer,, SBP )

36 Önbefúró presszióméter

37 Self Boring Pressziometer beépítés (Bp. 4,metróvonal, Kelenföld állomás )

38 SBP Pressióméter általános görbeg Mérési pontok Konvencionális meghatároz rozása a a nyírási modulusnak

39 Önbefúró presszióméter (SBP) mérési m görbeg

40 Súrlódási szög max. és s nyírószil szilárdság értékei vs.. mélysm lység

41 Insitu vízszintes feszülts ltség és s normalizált lt Young féle modulus

42 K 0 és s túlkonszolidt lkonszolidáltság g OCR

43 Drénezetlen nyírószil szilárdság és s törési t feszülts ltség g a mélysm lység függvényében

44 Szekunder kőzetfeszültségek meghatározása Alagút körül kialakuló kőzetfeszültség Szekunder (másodlagos) feszülts ltségek : Az alagút környezetében, üregnyitás során az üregnyitás előtti primer feszültségállapot módosul., A folyamat során kialakuló új feszültség állapot nevezzük szekunder feszültségnek. Kirsch(1898) egyenletek: körszelvényű nyílás körül kialakuló feszültségek leírása amely alkalmas az alagút körüli szekunder feszültségállapottal ha a kőzet izoptrop, homogén és az általános Hook törvény érvényes. A kőzettestben alkalmazott numerikus modellezés során számítható a szekuder feszültség eloszlás az üreg körül. (FDM, BEM, FEM, DEM) A szekunder feszültség mérési módjai: az alagút kőzetkörnyezetébe beépített feszültségmérő eszközök a kőzetnyomás mérők.

45 Az alagút t környezetk rnyezetében feszülts ltségmérő cellák Radiális feszülts ltség g mérő= m = az alagút t falazat ható kőzetnyomás s nagyságát t mérim Tangenciális feszülts ltség g mérő= m = az alagút t falazatban ébredő feszülts ltség g nagyságát t mérim

46 Feszülts ltségmérő cellák k beépítése Bp. 4 metró, Bocskai út állomás -- szerkezet kőzet érintkezési felületén kialakuló kőzetnyomás mérése (radiális mérőcella); -- a szerkezetben kialakuló normál feszültség mérése (tangenciális mérőcella); Radiális cella beépítése Tangenciális és radiális cellák beépítése

47 Radiális kőzetfeszk zetfeszültségek Bp. Bocskai út t metró állomás s szellőző alagút, nyugalmi állapot

48 Kőzetnyomás s mérésm Budapest 4. metróvonal, Bocskai út állomás: Kőzetnyomás mérések - Budapest 4. metróvonal, Bocskai út állomás, szellőző alagút 0+43 hm szelvény - radiális és tangenciális irányú kőzetnyomás diagramm június kezdődően kőzetnyomás - radiális cellák [kpa] D-i alagútépítő gép elhaladása a mérési szelvény mellett kőzetnyomás - tangenciális cellák [kpa] /0 1 03/0 3 04/0 2 05/0 2 06/0 1 07/0 1 07/3 1 08/3 0 09/2 9 10/2 9 11/2 8 12/2 8 01/2 7 02/2 6 03/2 7 04/2 6 05/2 6 06/2 5 07/2 5 08/2 4 09/2 3 10/2 3 11/2 2 12/2 2 01/2 1 02/2 0 03/2 2 04/2 1 0 R1-b R1-j R2-b R2-j R3-b R3-j T4-b T4-j

49 Köszönjük megtisztelő figyelmüket. Dr. Horváth Tibor GEOVIL SoilInstruments Kft. GEOVIL Kft. GEOTECHNIKAI IRODA 2000 Szentendre, Pf