close

Enter

Log in using OpenID

1 - hupg

embedDownload
STRUČNO-ZNANSTVENI SKUP
DANI PODZEMNE GRADNJE 2011
HRVATSKA DOSTIGNUĆA U PODZEMNOJ GRADNJI
06.-07. SRPNJA 2011, ZAGREB
NUMERIČKO MODELIRANJE U PODZEMNOJ GRADNJI
TUNELSKA GRAĐEVINA
UREĐAJA ZA PROČIŠĆAVANJE
OTPADNIH VODA U OPATIJI
MARIJAN ŠTEKOVIĆ
VIADUKT PROJEKT D.O.O.
IVAN ARAPOV
GRAĐEVINSKI FAKULTET
Uređaj za pročišćavanje otpadnih voda grada
Opatije smješten na lokalitetu Punta Kolova
između predjela Punta Kolova i Ičića u blizini
postojećeg dugog podmorskog ispusta.
LOKACIJA TUNELSKE GRAĐEVINE
UPOV je centralni dio jedinstvenog kanalizacijskog sustava područja od
Matulja na sjeveru do Medveje na jugu. Ukupni projektirani kapacitet
je 58300 ES. Svrha građenja UPOV-a je određena potrebama gradske
zajednice u okviru priobalne aglomeracije koju treba opsluživati, i
prirodnog okoliša koji treba štititi, a može se odrediti s nekoliko
osnovnih načela zaštite okoliša od zagađivanja otpadnim vodama:
• zaštita obalnog mora za turističke namjene.
• osiguranje ekološke stabilnosti okoliša i održivog razvoja na
području Liburnijske rivijere - Riječkog zaljeva, te zaštita zdravlja
žitelja svih naselja i posjetitelja.
• zaštita morskog prostora Riječkog zaljeva.
• zaštita podzemlja, podzemnih voda i bujičnih tokova.
Radi nedostatka adekvatne lokacije, te sveukupne zaštite okoliša od
popratnih neugodnih utjecaja (vizualnih, na čistoću zraka i sl.), UPOV
je smješten u potpuno zatvoreni prostor (“slijepi” tunel), a da bi se
tehničkim mjerama i raspoloživom zaštitnom opremom moglo
maksimalno kontrolirati i prema sveukupnim potrebama okoline
upravljati tim štetnim utjecajima.
U svrhu izrade projekata izvedeni su kompleksni geotehnički
istražni radovi na širem području UPOV-a. Istražni radovi
provedeni su u cilju inženjersko-geološke karakterizacije
predmetne lokacije, a zbog adekvatnog projektiranja
građevine tunelskog prostora u stijenskoj masi za smještaj
uređaja za pročišćavanje otpadnih voda. U sklopu tih radova
obavljena su istražna bušenja, te geofizička i laboratorijska
ispitivanja.
Na temelju rezultata geološkog kartiranja i istražnog bušenja
ustanovljeno je da je obrađena lokacija pretežito stjenovite
građe: karbonatna stijenska masa s tankim i glinovitim
pokrivačem. Karbonatnu stijensku masu izgrađuju vapnenci,
kristalaste do mikrobrečaste strukture i tamnosive boje.
Prema stratigrafskoj pripadnosti pripadaju donjokrednoj
epohi (K1). Vapnenci su prošarani žilicama bijelog kalcita i
mjestimično su dolomitični.
Stijenska masa cijelom trasom tunela spada u IV (slabu)
kategoriju stijenske mase. Razlikuju se dvije zone:
• trošna zona stijenske mase, koja zauzima površinski dio
terena s debljinom od 1 do 9 metara ovisno o položaju i
pripadnom vrijednošću RMR = 25. Profil tunela ne prolazi
kroz trošnu zonu, već ona predstavlja značajan dio
nadsloja tunela.
• zona osnovne stijene, koja se proteže ispod trošne zone, s
vrijednošću Geomehaničke klasifikacije RMR = 38.
Uvažavajući inženjersko-geološka i
geotehnička svojstva terena na
predmetnoj lokaciji, koja su
utvrđena terenskim i laboratorijsk.
istražnim radovima, proveden je
izbor parametara čvrstoće stijenske
mase. Fizikalno-mehanički
parametri stijenske mase
proračunati su uz pomoću Hoekovog empirijskog kriterija krutosti,
odnosno ekvivalentnog MohrCoulombovog kriterija čvrstoće, na
osnovu jednoosne čvrstoće
dobivene laboratorijskim
ispitivanjima i vrijednosti geološkog
indeksa čvrstoće (GSI – Geological
Strength Index).
Uzimajući u obzir dosadašnja iskustva na izvedbi tunela
u Republici Hrvatskoj, odnosno rezultate geotehničkih
mjerenja deformacija u okolini podzemnih otvora
tijekom izvedbe, te na osnovu njih provedenih povratnih
numeričkih analiza u cilju dobivanja stvarnog modula
deformabilnosti stijenske mase, za numeričke analize
usvojen je modul deformabilnosti u iznosu Em=100
MPa za trošnu zonu stijenske mase, te Em=400 MPa za
zonu osnovne stijene, što je značajno manje od modula
krutosti stijenske mase dobivenim Hoek-ovim kriterijem.
Za potrebe geotehničkog projektiranja predmetnog
tunela UPOV-a Opatija, na razini glavnog projekta,
primijenjena je metodologija integriranog geotehničkog
projektiranja u tunelogradnji.
Metodologija integriranog geotehničkog projektiranja
objedinjuje empirijski, racionalni i promatrački pristup
projektiranju geotehničkih konstrukcija u tunelogradnji,
omogućavajući projektantu temeljito i sveobuhvatno
sagledavanje i rješavanje problema, svodeći pri tom na
minimum pogreške koje mogu nastati uslijed
nedostataka svakog pojedinog pristupa.
Empirijski pristup projektiranju tunela temelji se na iskustvu
stečenom prilikom realizacije prijašnjih projekata. Osnovu
takvog pristupa čine inženjerske klasifikacije stijenskih masa,
koje omogućuju sistematizaciju stečenih iskustava glede
odnosa kvaliteta stijenske mase, načina iskopa i zahtijevane
podgrade u tunelu. U okviru metodologije integriranog
geotehničkog projektiranja klasifikacije predstavljaju polaznu
osnovu za određivanje prognoznih podgradnih sklopova.
Pristup obuhvaća metode i procedure u rasponu od
jednostavnih iskustvenih pravila kao što su odnosi dužine
sidara i dimenzija podzemnih iskopa do složenih klasifikacija
stijenskih masa s detaljnim preporukama za podgrađivanje
tunela.
Kategoriziranje stijenskih masa, u cilju određivanja pripadnih
podgradnih sustava tunela, provodio se prema
Geomehaničkoj klasifikaciji (Bieniawski, 1979) i Q klasifikaciji
(Barton, Lien, Lunde, 1974, Grimstad, Barton, 1993).
Na osnovi rezultata klasificiranja, numeričkih analiza i
dosadašnjeg iskustva na izvedenim tunelima određen je
prognozni podgradni sklop „slijepog tunela“ UPOV-a
Opatija, odnosno određene su sve mjere na stabilizaciji
podzemnog iskopa čime je završena prva faza
projektiranja.
Podgradni sklopovi, kao i preporuke svih mjera na
iskopu i stabilizaciji iskopa tunela za postrojenje UPOV-a
Opatija, usvojeni su za stijensku masu IV kategorije, a
prema dosadašnjim iskustvima na izvedenim tunelima,
prema preporukama iz Geomehaničke i Q klasifikacije.
Podgradni sklop tunela sastoji se od podgradnog
sklopa ulaznog portala, osnovnog podgradnog sklopa
tunela i podgradnog sklopa završnog čela iskopa.
Osnovni podgradni sklop tunela:
Podgradni sklop ulaznog portala:
• mlazni beton, d=30cm
• dvije armaturne mreže, Q-221
• samobušeća injekcijska sidra tip
IBO R32/20, L=6m, na rasteru
1.5×2.0m
• rešetkasti čelični nosači, Pantex
130/20/30 na rasteru 1.5m
• mlazni beton čela iskopa, d=5cm
• mlazni beton, d=30cm
• dvije armaturne mreže, Q-221
• IBO SIDRA R32/20, L=5m, na
rasteru 1.0×2.0m
• rešetkasti čelični nosači, Pantex
130/20/30 na rasteru 1.0m
• pipe roof, čelične cijevi,
114.3/6.3, L=12 m, α=1º
• mlazni beton čela iskopa, d=5cm
Zbog velike površine iskopa od 212 m2 (cca. 16×14m)
i složenog poprečnog presjeka u konstruktivnom
smislu, iskop tunela se morao izvoditi u više faza.
Navedene poprečne dimenzije otvora iskopa zahtijevaju posebni
tehnološki pristup cijelokupnom izvođenju ukopanog objekta.
Izradom radnog platoa UPOV-a na kotu 5.2m, započinju radovi
na izradi tunelske građevine. Prvi korak je iskop dijela stijenske
mase koji po položaju odgovara prostoru iznad etažne ploče.
Predviđen je iskop postupkom miniranja uz napredovanje od
1.0m do 1.5m. Izrada primarne podgrade obvezni je dio svakog
ciklusa iskopa.
Slijedi miniranje sredine donjeg dijela tunela, izrada
međukatne konstrukcije (etažna ploča s gredama), koja
je u ovoj fazi isključivo u ulozi razupore, uz polaganje
hidroizolacije na lice primarne podgrade.
Slijedeći korak obuhvaća betoniranje sekundarne
obloge u jednostranoj oplati, a nakon toga nastavak
betoniranja obloge, ali u tunelskoj oplati.
Slijedi daljnji iskop radnog platoa do kote -0.7m.
Postupak potkopavanja predviđen je na način da se
ukupna širina ispod ploče iskopava u tri koraka tj.
postupno trećinu po trećinu. Prvi korak je iskop trećine u
sredini raspona ploče gdje dolazi armiranobetonski stup
koji se odmah i izrađuje. Zahvaljujući stupu u sredini, te
monolitnoj povezanosti ploče sa gornjom sekundarnom
oblogom može se pristupiti uklanjanju preostalih dviju
trećina.
Dubina napredovanja iskopa svake od trećine ograničava
se na 3.0m. Završetku iskopa svake od rubne trećine mora
slijediti izrada vertikalne armirane primarne podgrade od
mlaznog betona u vidu oslonca i produžetka primarne
podgrade svoda. Također odmah se uz primarnu oblogu
izrađuje i sekundarna obloga kao dodatni oslonac ploče i
greda etaže. Na ovaj način postupno se oslobađa prostor
ispod ploče u punoj dužini tunela.
Dokaz stabilnosti proveden je uz pomoć kompjuterskog
programa Itasca FLAC2D. Proračun stabilnosti podgradnog
sustava je proveden za karakteristični poprečni presjek u
IV kategoriji stijenske mase. Faze proračuna su usklađene
sa fazama izvedbe. Provedenim numeričkim, geostatičkim
analizama dokazana je stabilnost usvojenih podgradnih
sklopova.
JOB TITLE : Ydisp
(*10^1)
JOB TITLE : Xdisp
(*10^1)
FLAC (Version 5.00)
FLAC (Version 5.00)
LEGEND
0.000
LEGEND
0.000
27-Dec-10 20:30
step 19442
-2.778E+01 <x< 2.778E+01
-4.728E+01 <y< 8.278E+00
27-Dec-10 20:30
step 19442
-2.778E+01 <x< 2.778E+01
-4.728E+01 <y< 8.278E+00
-1.000
-1.000
Y-displacement contours
-1.50E-02
-1.00E-02
-5.00E-03
0.00E+00
5.00E-03
1.00E-02
-2.000
Contour interval= 5.00E-03
X-displacement contours
-4.00E-03
-3.00E-03
-2.00E-03
-1.00E-03
0.00E+00
1.00E-03
2.00E-03
3.00E-03
4.00E-03
-2.000
-3.000
-3.000
Contour interval= 1.00E-03
-4.000
-2.000
-1.000
0.000
(*10^1)
1.000
2.000
-4.000
-2.000
-1.000
0.000
(*10^1)
1.000
2.000
Unutrašnje sile u podgradnim elementima, te karakteristične
točke histograma i histogram tjemene točke tunela.
JOB TITLE : Momenti
(*10^1)
FLAC (Version 5.00)
JOB TITLE : Sidra
(*10^1)
FLAC (Version 5.00)
LEGEND
LEGEND
-1.000
-1.000
8-Jan-11 15:06
step 19105
-1.427E+01 <x< 1.449E+01
-3.433E+01 <y< -5.574E+00
-1.500
8-Jan-11 15:06
step 19105
-1.478E+01 <x< 1.469E+01
-3.433E+01 <y< -4.855E+00
-1.500
Boundary plot
0
Cable Plot
5E 0
Beam Plot
Moment
-2.000
on
Structure
Max. Value
# 1 (Liner) -5.637E+04
#15 (Beam ) -2.593E+04
#16 (Beam ) -5.154E+03
#17 (Beam ) -4.626E+03
Beam plot
Liner plot
-2.500
Cable plot
-3.000
-1.000
-0.500
0.000
(*10^1)
0.500
# 2 (Cable) -6.312E+04
# 3 (Cable) -6.402E+04
# 4 (Cable) -6.486E+04
# 5 (Cable) -6.263E+04
# 6 (Cable) -6.228E+04
# 7 (Cable) -6.606E+04
# 8 (Cable) -6.398E+04
# 9 (Cable) -6.476E+04
#10 (Cable) -6.239E+04
#11 (Cable) -6.178E+04
#12 (Cable) -6.513E+04
#13 (Cable) -5.805E+04
#14 (Cable) -6.047E+04
#18 (Cable) -4.313E+04
#19 (Cable) -7.210E+04
#20 (Cable) -5.131E+04
#21 (Cable) -6.678E+04
Boundary plot
(*10^1)
FLAC (Version 5.00)
-3.000
-0.500
0.000
(*10^1)
1.000
0.500
JOB TITLE : Vertikalni pomak tocke 1
FLAC (Version 5.00)
-1.400
LEGEND
LEGEND
1: 36.60 m.n.m.
8-Jan-11 15:06
step 19105
-1.059E+01 <x< 1.061E+01
-3.291E+01 <y< -1.171E+01
8-Jan-11 15:06
step 19105
-1.800
Grid plot
0
-2.500
-1.000
1.000
JOB TITLE : Karakteristicne tocke histograma
-2.000
2: 32.00 m.n.m.
3: 32.00 m.n.m.
HISTORY PLOT
Y-axis :
1 Y displacement( 39, 46)
X-axis :
Number of steps
5E 0
-2.200
Liner plot
(10 -02 )
-0.200
-0.400
-0.600
-0.800
-1.000
4: 26.00 m.n.m.
5: 26.00 m.n.m.
-2.600
-1.200
-1.400
-3.000
4
6
8
10
12
14
16
18
(10
-0.800
-0.400
0.000
(*10^1)
0.400
0.800
03
)
S obzirom na dosadašnja iskustva na izvedenim tunelima u
Republici Hrvatskoj (mjerenja su ukazala na znatne priraste
naprezanja i deformacija za vrijeme eksploatacije kako u
primarnoj podgradi tako i u sekundarnoj oblozi), u sklopu
analiza provedena je i simulacija otkazivanja sidara tijekom
eksploatacije, nakon čega sekundarna obloga preuzima dio
opterećenja nakon preraspodjele naprezanja u okolini
podzemnog otvora.
JOB TITLE : Vektori pomaka
(*10^1)
JOB TITLE : Pomaci elemenata nakon otkazivanja sidara
(*10^1)
FLAC (Version 5.00)
FLAC (Version 5.00)
LEGEND
-1.400
LEGEND
-1.000
-1.600
8-Jan-11 15:07
step 21709
-9.286E+00 <x< 9.286E+00
-3.149E+01 <y< -1.291E+01
8-Jan-11 15:07
step 21709
-1.419E+01 <x< 1.455E+01
-3.432E+01 <y< -5.588E+00
-1.800
-1.500
Displacement vectors
Beam Plot
scaled to max = 2.000E-03
max vector = 2.117E-03
Structural Displacement
Max Value = 4.357E-03
Beam plot
0
-2.000
-2.200
-2.000
5E -3
Boundary plot
-2.400
0
5E 0
Beam plot
-2.500
-2.600
Cable plot
Liner plot
-2.800
-3.000
-3.000
-1.000
-0.500
0.000
(*10^1)
0.500
1.000
-8.000
-6.000
-4.000
-2.000
0.000
2.000
4.000
6.000
8.000
Rezultati numeričkih geostatičkih analiza ukazali su na sljedeće
zaključke (kraj izgradnje tunela):
• Rezultati ukazuju na zaključak da nije došlo do prekoračenja
čvrstoće stijenske mase u takvoj mjeri koja bi uzrokovala
otkazivanje primarnog podgradnog sklopa. Maksimalni
vertikalni pomak iznosi cca. 16mm, dok maksimalni
horizontalni pomak iznosi cca. 5mm.
• Proračunate vrijednosti unutrašnjih sila u strukturalnim
elementima (primarna podgrada, sekundarna obloga, AB
ploče i temelji) su u granicama očekivanih.
• Vrijednosti ostvarenih sila u sidrima kretale su se u rasponu
od 43-72 kN, što je značajno manje od čvrstoće samih sidara.
U tablici su prikazane proračunate vrijednosti pomaka
karakterističnih točaka u vertikalnom i horizontalnom
smjeru. Koordinate karakterističnih točaka odgovaraju
koordinatama karakterističnih točaka kontrolnog profila,
odnosno mjestima ugradnje geodetskih repera, tako da
podaci dalje služe za verifikaciju stabilnosti primarnog
podgradnog sklopa u okviru primijenjene metodologije
integriranog geotehničkog projektiranja u tunelogradnji.
POMACI KARAKTERISTIČNIH TOČAKA TIJEKOM ISKOPA [mm]
TOČKA
1 FAZA
2 FAZA
3 FAZA
4 FAZA
1
13.0
13.0
15.0
16.0
2
0.8
1.0
2.0
1.6
3
0.8
1.0
0.6
1.5
4
-
-
5.0
4.6
5
-
-
-
4.5
Rezultati numeričke analize za eksploatacijsko
razdoblje, gdje je provedena simulacija otkazivanja
primarne podgrade, odnosno sidara, ukazali su na
značajan prirast deformacija. Maksimalni ostvareni
vertikalni pomak zbog otkazivanja primarne
podgrade iznosi cca. 2.1mm, što znači da je došlo do
prirasta deformacija od cca. 13.5%, dok je prirast
maksimalnog horizontalnog pomaka praktički
zanemariv.
Proračun osnovne konstrukcije proveden je u programskom
paketu SOFiSTiK, a u cilju dokazivanja nosivosti osnovnih
konstruktivnih elemenata. Statički model osnovne konstrukcije ne
uključuje analizu nosivosti primarne podgrade, već samo
sekundarne obloge, etažne ploče i stupova. U sklopu proračuna
osnovne konstrukcije proveden je dokaz graničnih stanja
uporabivosti, za stanja tlačnih naprezanja u betonu i vlačnih
naprezanja u mekoj armaturi, te dokaz graničnih stanja nosivosti.
Opterećenja korištena u statičkom proračunu dijele se na stalno
opterećenje, opterećenje od uređaja za pročiščavanje otpadnih
voda i prateća oprema, korisno opterećenje, te opterećenje
stijenske mase (u vidu prisilnih pomaka) na sekundarnu oblogu
zbog otkazivanja sidara.
U okviru stalnog opterećenja djeluje vlastita težina koja djeluje
sukcesivno u fazama građenja. Opterećenje se računa automatski
(iz poprečnih presjeka) i to uzimajući u obzir svaku fazu gradnje
posebno. Također djeluje dodatni stalni teret koji se usvaja se u
iznosu od 1.5kN/m2.
Opterećenja uređaja za pročišćavanje usvajaju se prema uputama
projektanta sustava i to uređaji 1, 52kN/kom, uređaji 2,
200kN/kom, te kranska dizalica pod maksimalnim opterećenjem
od 50kN (teret) + 20kN (vlastita težina).
Korisno opterećenje se usvaja u iznosu od 2.0kN/m2.
Iako sekundarna obloga, prema osnovnim načelima NATM-e,
nema ulogu preuzimanja značajnijih opterećenja ipak se
pretpostavilo preuzimanje određenog dijela opterećenja
nastalog preraspodjelom naprezanja zbog otkazivanja sidara,
a u skladu s numeričkom analizom provedenom u
geostatičkom dijelu proračuna stabilnosti. Geostatička analiza
u slučaju otkazivanja ugrađenih sidara (moguće otkazivanje
zbog korozije, SCC-a) ukazala je na deformaciju ruba otvora
prema donjoj slici.
JOB TITLE : Vektori pomaka
(*10^1)
FLAC (Version 5.00)
LEGEND
-1.000
8-Jan-11 15:07
step 21709
-1.419E+01 <x< 1.455E+01
-3.432E+01 <y< -5.588E+00
-1.500
Displacement vectors
scaled to max = 2.000E-03
max vector = 2.117E-03
0
-2.000
5E -3
Boundary plot
0
5E 0
Beam plot
-2.500
Cable plot
Liner plot
-3.000
-1.000
-0.500
0.000
(*10^1)
0.500
1.000
S obzirom da se dimenzioniranje sekundarne obloge
provodilo na modelu koji je neovisan od geostatičkog
modela, bilo je potrebno odrediti ekvivalentno
opterećenje na oblogu koje uzrokuje približno ovakve
pomake.
Na şljedećim slikama prikazan je dio rezultata statičke
analize, u grafičkom obliku, u vidu momenata My-y za
sekundarnu oblogu, ploču etaže, te stupove i grede.
Momenti u ploči etaže.
Momenti u stupovima i gredama.
ZAKLJUČAK:
Radi nedostatka adekvatne lokacije, te sveukupne zaštite
okoliša od popratnih neugodnih utjecaja (vizualnih, na
čistoću zraka i sl.), centralni uređaj za pročišćavanje
otpadnih voda smješten je u potpuno zatvoreni prostor
(“slijepi” tunel), a da bi se tehničkim mjerama i raspoloživom
zaštitnom opremom moglo maksimalno kontrolirati i prema
sveukupnim potrebama okoline upravljati tim štetnim
utjecajima.
U cilju provođenja numeričkih, geostatičkih analiza fizikalnomehanički parametri stijenske mase usvojeni su uzimajući u
obzir dosadašnja iskustva na izvedbi tunela u Republici
Hrvatskoj. Provedenim numeričkim geostatičkim analizama
dokazana je stabilnost usvojenih podgradnih sklopova.
Rezultati numeričke analize za eksploatacijsko razdoblje, gdje
je provedena simulacija otkazivanja primarne podgrade,
odnosno sidara, ukazali su na značajne priraste deformacija.
Iako sekundarna obloga, prema osnovnim načelima NATM-e,
nema ulogu preuzimanja značajnijih opterećenja ipak se
pretpostavilo preuzimanje određenog dijela opterećenja
nastalog preraspodjelom naprezanja, zbog otkazivanja sidara.
S obzirom da se dimenzioniranje sekundarne obloge provodilo
na modelu koji je neovisan od geostatičkog modela, odredilo
se ekvivalentno opterećenje na oblogu koje je uzrokovalo
približno ovakve pomake.
U sklopu proračuna osnovne konstrukcije proveden je dokaz
graničnih stanja uporabivosti, za stanja tlačnih naprezanja u
betonu i vlačnih naprezanja u mekoj armaturi, te dokaz
graničnih stanja nosivosti. Provedenim numeričkim analizama
dokazana je stabilnost primarne podgrade, te elemenata
osnovnog konstruktivnog sustava.
IZVEDBA TUNELA
HVALA NA PAŽNJI!!!
Author
Document
Category
Uncategorized
Views
0
File Size
7 768 KB
Tags
1/--pages
Report inappropriate content