Geomechanika w budownictwie podziemnym : projektowanie i budowa tuneli / Antoni Tajduś, Marek Cała, Krzysztof Tajduś. Kraków, 2012.

Transkrypt

1 Geomechanika w budownictwie podziemnym : projektowanie i budowa tuneli / Antoni Tajduś, Marek Cała, Krzysztof Tajduś. Kraków, 2012 Spis treści PRZEDMOWA WPROWADZENIE Historia budownictwa podziemnego Definicje związane z budownictwem podziemnym Aktualne problemy budownictwa podziemnego Czy budowa obiektów podziemnych (tuneli, metra) się opłaca? Wymiary budowli podziemnych Uwagi dotyczące wyboru trasy tunelu Zakończenie 41 Literatura PODSTAWY GEOINśYNIERII. CHARAKTERYSTYKA MASYWÓW SKALNYCH PRZED I PO WYKONANIU BUDOWLI PODZIEMNEJ Wprowadzenie Problemy inŝynierii skalnej Górotwór, masyw, skala, materiał skalny Charakterystyka masywów skalnych Procesy fizyczne zachodzące w masywie skalnym na skutek wykonywania budowli podziemnych 58 Literatura ROZPOZNANIE SKAŁ I MASYWÓW SKALNYCH PRZY PROJEKTOWANIU WYROBISK PODZIEMNYCH I TUNELI Wstęp Rozpoznanie geoinŝynierskie masywu skalnego Badania wstępne Badania szczegółowe dla wykonania projektu budowli podziemnej Rozpoznanie warunków wodnych Prowadzenie obserwacji masywu skalnego w czasie wykonywania i uŝytkowania budowli podziemnych 90 Literatura PIERWOTNY STAN NAPRĘśENIA W MASYWIE SKALNYM Wstęp Teoretyczna ocena pierwotnego stanu napręŝenia Wpływ wybranych czynników na wartość pierwotnego stanu napręŝenia 100

2 4.3. Analiza wyników pomiarów in-situ pierwotnego stanu napręŝenia Metody pomiaru pierwotnego stanu napręŝenia Pomiar kierunków i wielkości napręŝeń za pomocą płaskiej sondy (flatjack) Pomiar kierunków i wielkości napręŝeń poprzez hydroszczelinowanie (hydraulic fracturing) Pomiar kierunków i wielkości napręŝeń poprzez nacinanie otworu wiertniczego (borehole slotter) Pomiar kierunków i wielkości napręŝeń poprzez trepanację wgłębną (overcoring) Ocena wielkości i kierunków napręŝeń za pomocą emisji akustycznej (AE) Ocena wielkości i kierunków napręŝeń za pomocą analizy mechanizmu wstrząsu w ognisku Ocena wielkości i kierunków napręŝeń na podstawie obserwacji niszczenia otworów wiertniczych (borehole breakouts) Inne metody pomiaru kierunków i wielkości napręŝeń Pomiary napręŝenia a efekt skali Wpływ kierunków i wielkości napręŝeń poziomych na stateczność wyrobisk podziemnych 126 Literatura CHARAKTERYSTYKA WYBRANYCH WŁASNOŚCI SKAŁ I ICH WPŁYW NA ZACHOWANIE SIĘ MASYWU SKALNEGO Wstęp Badania laboratoryjne wybranych własności fizycznych Gęstość skały Porowatość skały Przepuszczalność skał Wodochłonność a wilgotność skał Elektryczny opór właściwy skał Prędkość rozchodzenia się fal spręŝystych Zwiercalność skał Badania laboratoryjne wybranych własności mechanicznych Pęcznienie skał Rozmywalność skał Mrozoodporność Rozmakalność Wytrzymałość na rozciąganie Wytrzymałość na ścinanie Zachowanie się przed- i pozniszczeniowe skał w jednoosiowym stanie napręŝenia Charakterystyka przed- i pozniszczeniowa skat w złoŝonym stanie napręŝenia Wpływ czynnika czasu na zachowanie się skał 185

3 Literatura BADANIA POLOWE WYBRANYCH WŁASNOŚCI MASYWÓW SKALNYCH Badania parametrów wytrzymałościowych Badania parametrów odkształceniowych 208 Literatura MODELE GEOINśYNIERSKIE SKAŁ I MASYWÓW SKALNYCH Wprowadzenie Modele fizyczne Modele geofizyczne Modele geostrukturalne i modele spękań (Thiel, Zabuski, 1988) Modele wodochłonności Modele geoinŝynierskie Wstęp Proste i złoŝone modele mechaniczne skał i masywów skalnych Modele budowy geologicznej masywu skalnego Modele geoinŝynierskie dla celów projektowania Obliczanie metodami numerycznymi obciąŝenia na obudowę wyrobisk podziemnych i tuneli Wstęp Metoda Elementów Skończonych Metoda RóŜnic Skończonych Metoda Elementów Brzegowych Metoda Elementów Odrębnych (Distinct Element Method) Metoda Bloków Goodmana i Shi Przykłady określenia stanu napręŝenia i przemieszczenia w otoczeniu kołowego tunelu zlokalizowanego w nieciągłym masywie skalnym 268 Literatura MECHANIKA ZNISZCZENIA SKAŁ I MASYWÓW SKALNYCH Wprowadzenie Kryteria wytrzymałościowe dla gruntów i skał Ogólne rozwaŝania o kryteriach wytrzymałościowych Kryterium wytrzymałościowe Coulomba Mohra (wg Izbicki, 1975) Zmodyfikowane kryterium wytrzymałościowe Coulomba Mohra (wg Izbicki, 1975) Kryterium wytrzymałościowe Burzyńskiego Kryterium wytrzymałościowe Hoeka-Browna Wpływ wybranych czynników na wytrzymałość skał Kryteria wytrzymałościowe dla skał anizotropowych Kryterium Jaegera (pojedynczej płaszczyzny nieciągłości) Rozszerzone kryterium wytrzymałościowe Hoeka-Browna Kryterium wytrzymałościowe Bartona 320

4 Literatura WYTRZYMAŁOŚĆ NA ŚCINANIE MASYWÓW SKALNYCH Wstęp Własności odkształceniowe spękań Wytrzymałość na ścinanie wzdłuŝ płaskiej powierzchni Wytrzymałość na ścinanie dla szorstkiej powierzchni spękania Laboratoryjne badania Pattona (1966) Doświadczalne oszacowanie wytrzymałości na ścinanie Określanie JRC przy pomocy metody nachylania bloczków skalnych Dylatacja spękanych skał Wytrzymałość na ścinanie nieciągłości wypełnionych innym materiałem Model spękanego masywu skalnego 351 Literatura OPIS ZACHOWANIA SIĘ MASYWU SKALNEGO W OTOCZENIU WYROBISK PODZIEMNYCH NA PODSTAWIE WYNIKÓW POMIARÓW IN-SITU. METODA OBSERWACYJNA WYKONYWANIA TUNELI Pomiary prowadzone podczas wykonywania budowli podziemnej Wykorzystanie metody obserwacyjnej do drąŝenia tuneli Zachowanie się masywu skalnego w otoczeniu budowli podziemnej w świetle przeprowadzonych pomiarów 367 Literatura WYKORZYSTANIE KLASYFIKACJI SKAL I GRUNTÓW DO PROGNOZOWANIA STATECZNOŚCI OBUDOWY WYROBISK PODZIEMNYCH Wprowadzenie Klasyfikacje dla gruntów Klasyfikacje dla masywów skalnych i ich wykorzystanie przy wykonywaniu tuneli Klasyfikacja gruntów Terzaghiego Klasyfikacja Deere (RQD) Klasyfikacja Wickhama (RSR) Klasyfikacja Bieniawskiego Oszacowanie modułu odkształcenia masywu skalnego oraz jego parametrów wytrzymałościowych na podstawie wartości RMR Dobór obudowy wstępnej na podstawie klasyfikacji Ęieniawskiego Klasyfikacja Bartona, Liena i Lunde (Q) Prognoza zachowania się masywu skalnego w otoczeniu prognozowanego wyrobiska podziemnego na podstawie wartości Q 411

5 Wstępny dobór obudowy prognozowanego tunelu na podstawie wartości Q Korelacje pomiędzy klasyfikacją RMR Bieniawskiego a klasyfikacją Q Bartona Klasyfikacja Hoeka-Browna (GSI) Klasyfikacja Palmstroma (RMi) Klasyfikacje masywów fliszowych KF i KFG (Thiel, 1995) 428 Literatura STAN NAPRĘśENIA I ODKSZTAŁCENIA W OTOCZENIU WYROBISK PODZIEMNYCH Analityczne obliczanie stanu napręŝeń i odkształceń Wprowadzenie Wyrobisko podziemne wykonane w masywie skalnym, którego zachowanie opisuje model spręŝysty Tunel wykonany w masywie skalnym, którego zachowanie opisuje model spręŝysto-plastyczny (Brady, Brown 1994; Hoek, 2000) Wzajemny wpływ dwóch wyrobisk podziemnych na siebie Wpływ płaszczyzn osłabienia na rozkład napręŝeń SkrzyŜowania wyrobisk podziemnych Wzrost wytrzymałości masywu skalnego w otoczeniu tuneli 468 Literatura DAWNE I WSPÓŁCZESNE METODY BUDOWY TUNELI Tradycyjne (górnicze) metody drąŝenia tuneli Metoda belgijska Metoda austriacka Metoda niemiecka Nowa Austriacka Metoda Budowy Tuneli Norweska Metoda Budowy Tuneli (Norwegian Method of Tunneling - skrót NMT) DrąŜenie tuneli metodą dzielenia przodka na części Wykonywanie tuneli przy pomocy maszyn tarczowych i maszyn wiercących TBM i TBMS 514 Literatura PROJEKTOWANIE I WSPÓŁPRACA OBUDOWY TUNELU Z MASYWEM SKALNYM Wprowadzenie Obudowa budowli podziemnych Projektowanie obudowy tuneli Metoda sterowania konwergencją w tunelach Krzywa reakcji masywu skalnego (GRC) i współpraca obudowy z masywem skalnym Krzywa charakteryzująca obudowę (SCC) 539

6 Przemieszczenia konturu tunelu wzdłuŝ przekroju przechodzącego przez oś główną tunelu Przykładowe obliczenia analityczne i numeryczne obudowy tuneli i jej współpracy z masywem skalnym Obliczenia analityczne Obliczenia numeryczne Wpływ czasu na wielkość napręŝeń normalnych do konturu tunelu Numeryczne określanie wpływu czasu na zachowanie się skał w sąsiedztwie tunelu 573 Literatura OBLICZANIE OBCIĄśENIA NA OBUDOWĘ BUDOWLI PODZIEMNYCH I TUNELI Wprowadzenie Określenie obciąŝeń statycznych działających na obudowę ostateczną wyrobiska podziemnego (tunelu) Teoria Cymbariewicza Teoria Bierbaumera Teoria Aireya Teoria Sałustowicza i jej modyfikacje Teoria Terzaghiego Teoria Rabcewicza Obliczanie obciąŝenia na obudowę za pomocą klasyfikacji Bieniawskiego Obliczanie obciąŝenia na obudowę za pomocą klasyfikacji Bartona Obliczanie obciąŝenia od spągu wyrobiska podziemnego 602 Literatura OBUDOWA BETONOWA Torkret i beton natryskowy Wstęp Skład i własności mechaniczne torkretu i betonu natryskowego Torkretowanie na sucho i na mokro Funkcje torkretu i betonu natryskowego Torkret i beton natryskowy zbrojony Projektowanie i stosowanie torkretu i betonu natryskowego Wykorzystanie metod numerycznych do projektowania obudowy z torkretu lub betonu natryskowego Inne obudowy betonowe Obudowa prefabrykowana tuneli Obudowa betonowa monolityczna 638 Literatura OBUDOWA STALOWA I KOTWIOWA 644

7 17.1. Wprowadzenie Typy kotwi stosowane dla obudowy wyrobisk podziemnych i warunki ich stosowania Dobór parametrów obudowy kotwiowej dla masywu skalnego traktowanego jako ośrodek ciągły Dobór parametrów obudowy kotwiowej dla masywu skalnego traktowanego jako ośrodek uwarstwiony Określanie parametrów obudowy kotwiowej dla masywu skalnego nieciągłego, spękanego Inne empiryczne metody określania parametrów kotwi Wykorzystanie metod numerycznych do projektowania obudowy kotwiowej Obudowa stalowa 679 Literatura WPŁYW WYKONANIA TUNELU NA POWIERZCHNIĘ TERENU Wprowadzenie Wpływ budowy tunelu na powierzchnię terenu Metody określania deformacji masywu skalnego wywołanych wykonaniem wyrobiska podziemnego (tunelu) Metody analityczno-empiryczne Metody analityczne Przebieg deformacji w czasie Metody numeryczne Stan techniczny obiektów budowlanych w rejonie drąŝonego tunelu Budynki projektowane Budynki istniejące 741 Literatura PORTALE TUNELI Zmiany w wyglądzie portali na przestrzeni wieków Projektowanie portali tuneli Problemy związane z osuwiskami w rejonie portali tuneli 757 Literatura 759 oprac. BPK