CZ38764U1 - Razicí sestava pro mechanizované tunelování pomocí razicího štítu - Google Patents

Description

Razicí sestava pro mechanizované tunelování pomocí razícího štítu

Oblast techniky

Technické řešení se týká zařízení razicí sestavy pro mechanizované tunelování pomocí razícího štítu obsahující konstrukci ostění se segmenty bednění a hydraulické válce pro posuv štítu. Jedná se o technologii ostění tunelů ražených metodou TBM (Tunnel Boring Machine) využitelnou v podzemním inženýrském stavitelství. Tato technologie nabízí alternativu ke stávajícím metodám tunelování a je aplikovatelná především při výstavbě silničních a železničních tunelů, městských podzemních kolejových dopravních spojení, kolektorových tunelů a dalších inženýrských rozvodných sítí.

Dosavadní stav techniky

Dnes nejčastějším způsobem realizace tunelů ve středoevropském prostředí je použití Nové rakouské tunelovací metody (NRTM) nebo využití razícího stroje TBM se segmentovým ostěním. V současné době se při využití technologie ražby TBM využívá segmentové ostění, které je ukládáno erektorem. Uložené ostění je zatíženo po celou dobu životnosti účinky horninového tlaku, ale v době ražby je intenzivně zatíženo přítlakem stroje, což je zcela jiný mód zatížení oproti trvalému stavu. Toto montážní zatížení je třeba zohlednit v návrhu, a kromě příslušného dimenzování vyžaduje i vhodné dispoziční členění prstence. Známé jsou poruchy, kdy při ražbě dochází ke vzniku trhlin v segmentech, a to nejen v ČR, ale i v zahraničí. Dalším významným problémem segmentového ostění je značné množství spár mezi segmenty, které jsou těsněné obvykle gumovým profilem. Tyto spáry představují kritická místa z hlediska těsnosti konstrukce, což vede k tomu, že v některých státech se segmenty využívají zejména jako primární ostění doplněné sekundárním monolitem.

Podstata technického řešení

Uvedené nedostatky do značné míry odstraňuje kombinace technologického postupu ražby, způsobu realizace monolitického ostění a materiálového složení použitého kompozitu. Je využita razicí sestava pro mechanizované tunelování pomocí razicího štítu obsahujícího segmenty bednění pro betonáž ostění se a hydraulické válce pro posuv štítu, jehož podstatou je to, že razicí štít je opatřen vnějším teleskopickým bedněním a podavačem fólie mezi horninu a monolitické ostění a přívodem betonové směsi do mezikruží mezi posledním roztaženým segmentem bednění a vnějším teleskopickým bedněním.

Kompozit, tj. betonová směs přiváděná přívodem, s výhodou obsahuje kovová vlákna v množství od 0,2 % až do 6,8 % z celkového objemu.

Využití nové technologie monolitického ostění tunelů ražených TBM probíhá v iteračních sekvencích obsahujících sadu jednotlivých činností. Po dokončení první fáze ražby jsou hydraulické písty, které posunují razicí štít vpřed, zcela vysunuté. Následně dochází ke stažení těchto pístů a současně se začíná skládat poslední segment bednění. Jakmile je tento segment složen, posouvá se dopředu, kde se v přední části rozbalí a vybední prostor určený pro betonáž nového prstence ostění. Poté začíná samotná betonáž prstence, která probíhá pod ochranou teleskopického bednění. Jakmile je prostor mezi segmentem bednění a teleskopickým bedněním, zamezujícím závaly, vyplněn betonovou směsí, začne se teleskop postupně stahovat. Čerpání betonu přitom pokračuje a beton vyplňuje místo uvolněné stahovaným teleskopickým bedněním, případně také nadvýrub. Mezi horninou a monolitickým ostěním je ještě umístěna fólie zabraňující průsakům vody do čerstvého betonu. Po úplném stažení teleskopického bednění je celý prostor mezi bedněním a horninou, tj. prstencem, zcela vyplněn betonem. Plánovaný objem jednoho

- 1 CZ 38764 U1 prstence závisí na průměru tunelu, délce prstence a tloušťce ostění. Beton pro jeden prstenec je přepravován najednou speciálním autodomíchávačem s požadovanou přepravní kapacitou. Následně začíná nový razicí cyklus, kdy se razicí hlava začne otáčet a hydraulické písty se opět vysouvají, čímž tlačí řeznou hlavu proti hornině. Současně s tím se vysouvá i teleskopické bednění, které chrání zvětšující se mezeru mezi bedněním a razicím štítem. Plánovaný postup ražby tunelu za pomocí této technologie je 24 m/den.

Objasnění výkresů

Razicí sestava pro mechanizované tunelování pomocí razícího štítu podle tohoto technického řešení bude podrobněji popsána na příkladech provedení s pomocí přiložených výkresů, kde na Obr. 1 je znázorněno schéma základní uspořádání razicí sestavy s TBM pro realizaci monolitického ostění tunelu. Na Obr. 2 je znázorněn počáteční stav po ukončení fáze ražby. Na Obr. 3 je znázorněno stahování pístů a skládání posledního segmentu bednění. Na Obr. 4 je znázorněn složený segment bednění, který se posunul dopředu. Na Obr. 5 je znázorněna začínající betonáž prstence pod ochranným teleskopickým bedněním. Na Obr. 6 je znázorněno stahování teleskopického bednění. Na Obr. 7 je znázorněno, jak je teleskopické bednění zcela staženo a celý prostor mezi bedněním a horninou je vyplněn betonem. Na Obr. 8 je znázorněno, jak začíná nový razicí cyklus.

Příklady uskutečnění technického řešení

Příkladná razicí sestava pro mechanizované tunelování pomocí razicího štítu obsahuje konstrukci 1 ostění se segmenty 4 bednění a hydraulické válce 5 pro posuv štítu. Razicí štít je opatřen vnějším teleskopickým bedněním 2 a podavačem fólie 3 mezi horninu a monolitické ostění a přívodem betonové směsi 7 do mezikruží 6 mezi posledním roztaženým segmentem 4 bednění a vnějším teleskopickým bedněním 2. Betonová směs obsahuje kovová vlákna v množství od 0,2 % až do 6,8 % z celkového objemu.

Na Obr. 1 je znázorněno schéma základní uspořádání razicí sestavy s TBM pro realizaci monolitického ostění tunelu. Na tomto schématu je patrné, jak je TBM vybaveno vnějším teleskopickým bedněním 2, které chrání čerstvě vytvořený prstenec ostění před závalem horniny. Dále je zde znázorněna poloha hydraulických pístů 5, které posouvají razicí štít vpřed, a prostor mezi horninou a bedněním, kam je ukládána betonová směs 7 tvořící monolitické ostění. Obr. 1 také ilustruje umístění ochranné fólie 3 mezi horninou a betonem, která zabraňuje průsakům vody do čerstvého betonu. Na Obr. 2 je znázorněn počáteční stav po ukončení fáze ražby, takže hydraulické písty 5 posunující razicí štít vpřed jsou zcela vysunuté. Na Obr. 3 je znázorněno stahování pístů 5 a skládání posledního segmentu 4 bednění. Na Obr. 4 je znázorněn složený segment 4 bednění, který se posunul dopředu, kde se rozbalí a vybední prostor pro betonáž nového prstence ostění. Na Obr. 5 je znázorněna začínající betonáž prstence pod ochranným teleskopickým bedněním 2. Na Obr. 6 je znázorněno, jak po vyplnění mezikruží 6 mezi bedněním a teleskopickým bedněním 2 betonovou směsí se začne teleskopické bednění 2 stahovat. Čerpání betonu pokračuje a ten vyplní místo uvolněné teleskopickým bedněním 2, popřípadě i nadvýrub 8. Na Obr. 7 je znázorněno, jak je teleskopické bednění 2 zcela staženo a celý prostor mezi bedněním a horninou je vyplněn betonem. Na Obr. 8 je znázorněno, jak začíná nový razicí cyklus. Razicí hlava se začne otáčet a hydraulické písty 5 se začínají vysouvat a tlačí řeznou hlavu proti hornině. Současně se vysouvá teleskopické bednění 2, aby chránilo zvětšující se mezeru mezi bedněním a razicím štítem. Touto fází skončila ražba, takže hydraulické písty 5 posunující razicí štít vpřed jsou zcela vysunuté. Celý cyklus se opakuje od obr. 3.

Řešení nalezne uplatnění například při ražbě městského dopravního tunelu s využitím plnoprofilového tunelovacího stroje TBM o průměru 6,5 metru. V průběhu výstavby se použije speciálně navržená silikátová kompozitní betonová směs 7 s obsahem ocelových vláken v množství

- 2 CZ 38764 U1 kg/m³, která dosahuje pevnosti v tlaku minimálně 15 MPa po 16 hodinách a pevnostní třídy C45/55 ve stáří 28 dní a obsahem vláken 0,8 % z celkového objemu segmentu. Betonáž jednotlivých prstenců o objemu 10 m3 bude probíhat kontinuálně pod ochranou teleskopického bednění 2, které zabraňuje závalu horniny a umožňuje přesné tvarování ostění. Mezi horninou a čerstvým betonem je aplikována fólie 3, která zajišťuje vodotěsnost konstrukce a chrání ostění před průsakem vody během tuhnutí betonové směsi 7. Celý proces je navržen tak, aby umožňoval denní postup ražby až 20 metrů, přičemž po vytvrdnutí betonu a dosažení potřebné pevnosti je zahájen nový razicí cyklus.

Výsledky ukázaly, že monolitické ostění vykazuje vysokou homogenitu, výbornou těsnost a odolnost vůči hydrostatickým tlakům, přičemž nebyly zaznamenány poruchy typické pro segmentová ostění, jako jsou netěsné spáry nebo vznik trhlin v jednotlivých segmentech.

Průmyslová využitelnost

Technologie monolitického ostění tunelů ražených metodou TBM (mechanizované tunelování pomocí razícího štítu) se uplatňuje především u podzemních inženýrských staveb. Nabízí alternativu k jiným tunelovacím metodám, které se dnes běžně využívají. Tato technologie je vhodná pro realizaci standardních silničních a železničních tunelů, městských podzemních kolejových dopravních spojení, stejně jako pro kolektorové tunely a další inženýrské rozvodné sítě. Výhody této technologie oproti konvenčním metodám zahrnují eliminaci problémů spojených se segmentovým ostěním, zejména výskytu velkého množství spár, které jsou potenciálním zdrojem netěsností, a omezení rizika poškození jednotlivých segmentů při montáži. Monolitické ostění také lépe odolává hydrostatickým tlakům a vykazuje lepší homogenitu a vodotěsnost.

Claims (1)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Razicí sestava pro mechanizované tunelování pomocí razícího štítu obsahujícího segmenty (4) bednění pro betonáž ostění (1) a hydraulické válce (5) pro posuv štítu, vyznačující se tím, že razicí 5 štít jev podélném směru ražby opatřen vnějším výsuvným teleskopickým bedněním (2) pro eliminaci rizika závalu před instalací segmentů (4) bednění a vybetonováním příslušného úseku ostění a dále je opatřen podavačem fólie (3) mezi horninu a monolitické ostění a přívodem betonové směsi (7) do mezikruží (6) mezi posledním roztaženým segmentem (4) bednění a vnějším teleskopickým bedněním (2).