GEOTECHNIKAI MONITORING AZ ALAGÚTÉPÍTÉSNÉL 08.001 Alagútépítés Dr. Horváth Tibor Oktatási segédanyag. Budapest 2009. Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Mérnöktovábbképző Intézet
Ezt a tananyagot jogosultan csak a BME Mérnöktovábbképző In6tézet beiratkozott hallgatói használhatják. Dr. Horváth Tibor 2
Geotechnikai monitoring az alagútépítésnél Dr. Horváth Tibor GEOVIL Soil Instruments Kft. BME Mérnöktovábbképző GEOVIL Kft. GEOTECHNIKAI IRODA 2000 Szentendre, Pf. 121. www.geovil.hu; geovil@geovil.hu
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, 2009.03.03.
NATM általános geotechnikai elrendezése
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
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
Elmozdulás s mérés m s geodéziai módszerrelm
Elmozdulás s mérés m s eszközei zei
Elmozdulásm smérés mérés s eredményei Bp. 4 metróvonal, Rákóczi tér állomás
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 )))
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
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
Elmozdulás s mérés m inclinométerrel
Inclinométer
Inclinométer mérési m hibahalmozódás
Inclinométer mérési m eredmény
Inclinométeres mérések
InPlace (IP) inclinométer
Extensométerek terek
Horizontális extensométer ter (RH Reverse Head extensometer) Kábelvédő cső, kábel kivezetés Rögzítő horgony Fejtési Homlok Adatrögzítő
Horizontális extensométer ter (RH) mérési m elrendezés Alagútépítés iránya
Horizontális extenzométer ter mérési eredményei (homlok mozgásának mérése) m Bp. 4 metró,, Fővám F m tér t állomás s Duna alatti szakasz
Horizontális inclinométer alkalmazása, Bp. Fővám F m tér t állomás s Duna alatti szakszán
RH extensométer ter beépítés, Fővám F m tér t állomás, Duna alatti állomás s szakasz
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
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
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
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)
In situ Horizontális kőzetnyomk zetnyomás, WSM (World Stress Map)
Primer-in in situ kőzet nyomás s furatban (Budapest 4. metróvonal, Bocskai ú. és Fővám tér állomások)
Borehole Cella SMS beépítése Bp. Bocskai út állomás
Borehole Cella SMS mérési m eredmények, Bp. Bocskai út állomás s 2008.05 2009.03. 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
Ménard Presszióméter Test
Önbefúró pressióméter ( Self Boring Pressiometer,, SBP )
Önbefúró presszióméter
Self Boring Pressziometer beépítés (Bp. 4,metróvonal, Kelenföld állomás )
SBP Pressióméter általános görbeg Mérési pontok Konvencionális meghatároz rozása a a nyírási modulusnak
Önbefúró presszióméter (SBP) mérési m görbeg
Súrlódási szög max. és s nyírószil szilárdság értékei vs.. mélysm lység
Insitu vízszintes feszülts ltség és s normalizált lt Young féle modulus
K 0 és s túlkonszolidt lkonszolidáltság g OCR
Drénezetlen nyírószil szilárdság és s törési t feszülts ltség g a mélysm lység függvényében
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.
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
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
Radiális kőzetfeszk zetfeszültségek Bp. Bocskai út t metró állomás s szellőző alagút, nyugalmi állapot
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 2007. június kezdődően 350 1750 325 1625 300 1500 kőzetnyomás - radiális cellák [kpa] 275 250 225 200 175 150 125 100 75 D-i alagútépítő gép elhaladása a mérési szelvény mellett 1375 1250 1125 1000 875 750 625 500 375 kőzetnyomás - tangenciális cellák [kpa] 50 250 25 125 0 02/0 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
Köszönjük megtisztelő figyelmüket. Dr. Horváth Tibor GEOVIL SoilInstruments Kft. GEOVIL Kft. GEOTECHNIKAI IRODA 2000 Szentendre, Pf. 121. www.geovil.hu; geovil@geovil.hu