Alagútépítés Előadásanyag 3.1 Előadás Ideiglenes biztosítás

Alagútépítés Előadásanyag 3.1 Előadás Ideiglenes biztosítás TÓTH Ákos 2015.04.11 1

Megtámasztási rendszerek Alapfeltevések 1. A biztosítás és a kőzet deformációja közvetlen hatással van egymásra. A biztosításra ható teher függ a kőzet deformációjától Ezért a kőzet és a biztosítás kapcsolata meghatározó az erőátadás szempontjából. 2. Nem az a kérdés, hogy «mekkora teher hat a megtámasztásra», hanem az, hogy «mi az összefüggés a teher és a deformáció között» 2015.04.11 2

Megtámasztási rendszerek Megfelelően szilárd kőzetben (Skandinávia) a végleges biztosítás elhagyható, mivel az ideiglenes biztosítás is megfelelő védelmet ad. Azonban általában a bányászott alagutak egy helyben betonozott héjat kapnak az ideiglenes, lőttbetonos, kőzethorgonyos, acélíves megtámasztás mellett. Ennek egyik oka az, hogy a tradicionális elmélet szerint az ideiglenes megtámasztásra a boltozódás miatt eredendően egy kisebb teher hat, ami a kőzet relaxációja miatt idővel növekszik, valamint az ideiglenes megtámasztás szilárdsága idővel csökken (mállás, környezeti hatások), ami miatt egy belső beton héjra lesz szükség. Bizonyos esetekben a belső héjra nem csak statikai, de felhasználási szempontok miatt is szükség lehet (aerodinamika, por, világítás, stb) Előregyártott tübbingek beépítése esetén - általában - belső héjra nincs szükség, mivel a tübbingek a végleges teherre vannak méretezve. 2015.04.11 3

Ideiglenes megtámasztási rendszerek Az ideiglenes megtámasztás biztosítja az alagutat a fejtés során, a benső háj pedig felveszi a végleges terheket. Ideiglenes megtámasztási módszerek: Lőttbeton Vasalt lőttbeton (pl szálerősített) Acél háló Kőzethorgonyok és -szegek Fa megtámasztás Acél ívek 2015.04.11 4

Lőttbeton A lőttbeton a normál betonhoz hasonló paraméterekkel bír, azonban a rugalmassági modulusa kisebb, valamint a felhasznált adalékanyag maximális szemcsenagysága kisebb Lezárja a frissen kifejtett kőzetfelületet, biztosítja annak állékonyságát és egy terhet felvételére alkalmas rendszert hoz létre A lőttbeton végleges szilárdságát ~28 nap alatt éri el, viszont a kezdeti szilárdulása gyorsabb. Hasonlóan a normál betonhoz, a 28 nap eltelte után az utóhidratáció miatt a lőttbeton szilárdsága is nő. 2015.04.11 5

Lőttbeton Vékony rétegben alkalmazva Eltömíti a kőzet repedéseit Meggátolja a kőzettömbök elmozdulását a nyíróerők hatására Egy teherelosztó réteget képez Együttdolgozik a kőzethorgonyokkal Vastag rétegben alkalmazva Egy sima alagútfalat alakít ki Nem csak nyíróerőket vesz fel, hanem hajlításra is terhelhető (szálerősített, vasalt lőttbeton) 2015.04.11 6

Lőttbeton Száraz lőttbeton Image from Atlas Copco 2015.04.11 7

Lőttbeton Száraz lőttbeton Előnyei Kisebb befektetést igényel Kisebb gépek kisméretű terekben is alkalmazható Kézi alkalmazás (Az adalékanyagot levegő szállítja, kisebb terhet kell mozgatni) Könnyen adaptálható a változó kőzethez (vizes környezet) Az adalékanyag nagy távolságra is szállítható Kisebb W/C nagyobb szilárdság Hátrányai Nagy a visszahullás: 15-40% függőleges felületek 20-50% fej felett ~50% acélszálak hozzáadása esetén A visszahullás nagyban függ az adalékanyagtól A visszahullás miatt erőforrás igényes Kevésbé homogén Jelentős a porképződés o 2015.04.11 8

Lőttbeton Nedves lőttbeton Image from Atlas Copco 2015.04.11 9

Lőttbeton Nedves lőttbeton Elúnyei: Kis porképződés Kisebb a visszahullás, visszahullt anyag úrja felhasználható Homogén felület és minőség Nagy teljesítmény 2015.04.11 10

Lőttbeton Összahasonlítás 2015.04.11 11

Lőttbeton A becsapódási szög és szórástávolság hatása a visszahullásra Image from Atlas Copco 2015.04.11 12

Lőttbeton A jó lőttbeton ismérve (ökölszabály) Jó szemeloszlás Megfelelő mennyiségű és minőségű cement W/C < 0,4 (0,36) Roskadás 68 80 mm Adalékszerek A plasztifikálónak nincs szirálduláskésleltető mellékhatása a kötésgyorsító max 10%-kal csökkenti a végső szilárdságot Fej felett C50 szilárdság kötésgyorsító nélkül 2015.04.11 13

Lőttbeton Kézi szórás Száraz lőttbetonra jellemző A minőséget nagyban befolyásolja a személyzet tapasztalata A W/C tényezőt a helyszínen kell beállítani - kockázatos 2015.04.11 14

Lőttbeton Gápi szórás 2015.04.11 15

Lőttbeton Gépi szórás Image from Atlas Copco 2015.04.11 16

Lőttbeton Gépi szórás 2015.04.11 17

Lőttbeton Gépi szórás Lőttbeton robot TBM-es alkalmazása 2015.04.11 18

Lőttbeton Felület előkészítése Portalanítás nagy nyomású levegővel vagy vízzel csökken a visszahullás Felületnedvesítés, sok víz a felületen befolyásolhatja a V/C arányt Lőttbeton felhordása Lentről felfelé 1.2-2 m távolságból 30 mm-es rétegekben fej felett, 50 mm-es rétegekben a flaon Az első réteget kisebb légnyomással kell felhordani, ami a visszahullást csökkenti Az első réteg csak simítja a felületet, kitölti a réseket, repedéseket, és előkészíti a végleges rétegek felhordását 2015.04.11 19

Vasalt lőttbeton Acélszálak hozzáadása növeli a lőttbeton húzószilárdságát, rugalmasságát és a réteg merevségét Elosztja a repedéseket, segít a pontszerű terhek elosztásában A szálak hossza ne legyen hosszabb, mint a csőátmérő 2/3- a Általános szálméret 40 50 mm hosszú, 0.8-1.0 mm vastag Számennyiség > 30 kg/m 3 víz-cement tényező < 0.5 o 2015.04.11 20

Vasalt lőttbeton Előnyei a vasalás egyenletesen eloszlik a teljes keresztmetszeten nagy rugalmasság megnövelt hajlítási szilárdság a repedések kialakulása után is terhelhető fel tudja venni a húzóerőket a kezdeti zsugorodás hatása csökken növeli a falazat tűzzel szembeni biztonságát 2015.04.11 21

Vasalt lőttbeton Száltípusok Image from Atlas Copco 2015.04.11 22

Vasalt lőttbeton Előnyei Image from Atlas Copco 2015.04.11 23

Vasalt lőttbeton Mennyiség Image from Atlas Copco 2015.04.11 24

Betonacél háló Az acélhálót kézzel kell elhelyezni, ezért tervezéskor figyelni kell az elemek súlyára Általában >100 mm hálóméret, <10 mm acélvastagság és > 2 cm betontakarás Nagyon munkaigényes és relatív veszélyes a háló elhelyezése Újabban a szálerősítés kezd elterjedtebb lenni, az acélháló jelentősége csökken Nagyon gyenge kőzet esetén, amikor a lőttbeton és a kőzet tapadása nem biztosított, jelentősen könnyíti a lőttbeton felhordását o 2015.04.11 25

Kőzetcsavarok, kőzethorgonyok A kőzethorgony és szegek a kőzettest szilárdságát és merevségét javítják. Különbség a kőzethorgonyok és szegek között: Szegek: A kőzettest elmozdulása aktivizálja a szegeket. Elhelyezésekor még nem szilárdítja a kőzettestet. Hatékonyan a még nem deformálódott kőzettestben kell elhelyezni. Általában a kőtömbök relatív elmozdulását akadályozzák meg. Horgonyok: A beépítés pillanatától erősíti a kőzettestet. Mindig feszítettek nyomás alá helyezik a kőzettestet. 2015.04.11 26

Kőzetcsavarok, kőzethorgonyok Hatásmechanizmus o 2015.04.11 27

Kőzetcsavarok, kőzethorgonyok Hatásmechanizmus o 2015.04.11 28

Kőzetcsavarok, kőzethorgonyok Alkalmazás 2015.04.11 29

Kőzethorgonyok Mechanikus horgonyok 2015.04.11 30

Kőzethorgonyok Mechanikus horgonyok A mechanikus horgonyok egy, a fejen elhelyezett éken keresztül lokálisan adják át a terhet a kőzettestre Kellően szilárd (UCS > 100 MPa) kevéssé tagolt kőzettestben lehet őket használni Vibráció és hirtelen erőhatások esetén könnyen kilazulhatnak Nem szükséges kiinjektálni őket. Azonban, ha hosszabb ideig használjuk őket, vagy a végleges megtámasztás részét képezik, az injektálás sokat javít a biztonságon. A megfelelő feszítés garantálja, hogy a rendszer működik, és az ék ténylegesen befeszül a kőzettestbe. Amennyiben nincs aktív erősítő szerepe, hanem csak «munkavédelem» miatt alkalmazzuk őket, minimális feszítőerőt kell bennük generálni Aktív megtámasztó rendszer részeként 70% kihasználtságra kell a horgonyokat előfeszíteni. 2015.04.11 31

Kőzethorgonyok Kétkomponensű gyantával injektált horgonyok o 2015.04.11 32

Kőzethorgonyok Kétkomponensű gyantával injektált horgonyok Amennyiben mechanikus horgonyok nem használhatóak, gyantával injektált horgonyokat használhatunk. Gyenge kőzetben, tagolt kőzetben hirtelen erőhatások esetén is használhatóak. A többkomponensű gyanta egymástól szeparált tubusokban van elhelyezve. Amikor ezeket a tubusokat «feltörjük» az összekeveredett komponensek percek alatt kikristályosodnak Amennyiben csak ideiglenes megtámasztáshoz használjuk őket, elégséges csak a fejet «beragasztani». Végleges megtámasztás esetén a horgony teljes hosszát lassú szilárdulású gyantával kell kitölteni alkalmazás: Tubusok elhelyezése Horgony elhelyezése Horgony megpörgetése Fej beragad Előfeszítés A lassan kristályosodó anyag beragasztja a horgonyt a teljes felületén 2015.04.11 33

Kőzethorgonyok Kétkomponensű gyantával injektált horgonyok Hátrányai A megfelelő keverés tapasztalatot igényel Erőteljesen töredezett kőzettest esetén a lassan kristályosodó anyag elfolyhat. Ebben az esetben a cementes injektálás biztonságosabb Agyagerekkel átszőtt kőzettest esetén a tubusok a horgonnyal elforoghatnak, ami csökkenti a keverés hatásfokát Agresszív talajvíz mind a horgonyra, mind a gyantára negatívan hathat. Amennyiben a végleges megtámasztást kell horgonyozni, cementes injektálás hatékonyabb. 2015.04.11 34

Szegek Injektált horgonyok o 2015.04.11 35

Szegek Injektált horgonyok Egy bordázott acélrúd vagy kábel cementes injektálással van rögzítve a teljes felületén Elhelyezés: A furat egy tixotróp injektálóhabarccsal van kitöltve, amibe a szeget elhelyezzük. Ezután egy fejlemezt rögzítünk csavaranyával a végére Olcsó Mivel a korrózió veszélye elenyésző, végleges megtámasztás részeként is alkalmazgató 2015.04.11 36

Szegek «SPLIT-SET» 2015.04.11 37

Szegek «SPLIT-SET» Egy hosszában felhasított acélcsőből és egy fejlemezből áll A rendszert egy nálánál kisebb átmérőjű furatba nyomjuk bele. A Keresztirányú rugalmas deformálódás feszíti bele a szeget a furatba, a teher a teljes felületen adódik át a kőzettestre Nagyon fontos a furat állandó keresztmetszete Gyors és egyszerű vele dolgozni: nagyon elterjedt a bányászatban Duktilis megtámasztás Korrózió ellen nem védett, csak ideiglenes megtámasztás részeként alkalmazgató 2015.04.11 38

Szegek FRICTION «SWELLEX» 2015.04.11 39

Szegek «SWELLEX» Image from Atlas Copco 2015.04.11 40

Szegek «SWELLEX» Image from Atlas Copco 2015.04.11 41

Szegek Atlas Copco szabadalom Nagyobb átmérőjű furatban van elhelyezve, majd nagynyomású vízzel aktiváljuk a szeget (30 MPa) A deformált szeg kitölti a furatot Két méretben kapható: Swellex (25.5 mm) és SuperSwellex (36 mm) Nagyon duktilis Gyorsan és egyszerűen beépíthető. Gépesített használatra lett kifejlesztve (kőzetszegező gépek) Max 20 KN teherrel előfeszíthetőek «SWELLEX» Korrózióra érzékeny, ami miatt végleges megtámasztó rendszer részeként nem alkalmazgató. Újabban már kapható korrózióálló kivitelben is 2015.04.11 42

Szegek Önfúró horgonyok, SDA Image from Atlas Copco 2015.04.11 43

Szegek Önfúró horgonyok, SDA o Image from Atlas Copco 2015.04.11 44

Szegek Kábelhorgonyok 2015.04.11 45

Szegek Az injektált kábeleket rugalmas, flexibilis megtámasztás igénye esetén használjuk Ahogy a kábel kihúzódik a furatból, dilatál, ami súrlódó vagy nyíró erőátadást tesz lehetővé Nagy fesztávú föld alatti tárnák biztosításosára használhatók eredményesen Érzékeny az injektálásra Kábelhorgonyok 2015.04.11 46

Szegek Üvegszál szegek, kábelek Általában homlokstabilizálásra alkalmazzák őket, mivel nyírási szilárdságuk alacsony, és könnyen elvághatóak az alagúthajtás során Az üvegszál horgony cementtel van kiinjektálva TBM előtt feltáró alagutakban ez az egyetlen elfogadott, megengedett biztosítási rendszer o Image from Atlas Copco 2015.04.11 47

Kőzetcsavarok, kőzethorgonyok Image from Atlas Copco 2015.04.11 48

Kőzetcsavarok, kőzethorgonyok Félautomata elhelyezés Hagyományos fúrókocsi, majd a szeget kézi erővel helyezik el a furatban o 2015.04.11 49

Kőzetcsavarok, kőzethorgonyok Speciális horgonyzó gépek Automata elhelyezés 2015.04.11 50

Kőzetcsavarok, kőzethorgonyok Helyi horgonyzás Az instabil kőzettestet helyi horgonyzással biztosítjuk 2015.04.11 51

Kőzetcsavarok, kőzethorgonyok Horgonyrendszer Amennyiben egy viszonylag állandóan tagolt kőzettestet kell biztosítani, mátrixban elhelyezett horgonyokat alkalmazunk 2015.04.11 52

Kőzetcsavarok, kőzethorgonyok Minőségbiztosítás A furat hossza és átmérője megfelelő A furat megfelelően ki van tisztítva Megfelelő az injektálás Terhelési teszt, nem tönkremenetelig Előre tervezett kihúzódási vizsgálat, tönkremenetelig terhelés 2015.04.11 53

Fa ácsolat A kezdeti időkben fa ácsolattal biztosították ideiglenesen az alagutakat, hasonlóan mint a bányavágatokat Ma csak nagyon szabálytalan üregek, valamint kis tárók biztosítására használjuk ezt a módszert A fát könnyű használni, az alakváltozást pattogással jelzi Az elosztott teherátadás problematikus, sokszor alkalmazzák acélívekkel valamint keményfa ékekkel együtt 2015.04.11 54

Acélívek Acélívek lehetnek hengerelt tartók, valamint hegesztett, többövű rendszerek Az egyes szegmensek vagy ékelve, vagy csavarkapcsolattal csatlakoznak egymáshoz A terheket keményfa ékek, valamint homokzsákok adják át az ívekre. Esetlegesen horgonyokkal is lehet őket rögzíteni Általában lőttbetonnal együtt használatosak Hosszirányú előtűzés esetén annak részeként is használhatóak 2015.04.11 55

Acélívek o 2015.04.11 56

Acélívek o 2015.04.11 57

Alagútépítés Előadásanyag 3.1 Előadás Ideiglenes biztosítás Köszönöm a figyelmet! 2015.04.11 58