4.3. GEOSTATIČNA ANALIZA PREČNIKOV PREDORA T8 Črni Kal - Koper/3-7/T8... · 5.3 ELEKTRO PREČNIK V HRIBINSKEM TIPU GT3 V tej analizi je bila izdelana simulacija izkopa in izvedba

4.3. GEOSTATIČNA ANALIZA PREČNIKOV PREDORA T8

2/20

1 UVOD

V sklopu dopolnitve drugega tira železniške proge Divača – Koper, odsek Črni Kal –

Koper, je treba za predor T8 izdelati načrt izkopa in osnovne podgradnje prečnikov. V

predoru se nahaja 7 prečnikov in sicer 2 trafo prečnika (P3 in P6) ter 5 elektro prečnikov

(P1, P2, P4, P5 in P7). Razdalja med prečniki je 500 m, njihova dolžina pa znaša med

23,5 m in 25 m. Geostatične analize smo izdelali v 4ih karakterističnih prerezih. Podlagi

za določitev sistemov podpiranja (ST) sta bili geotehnična karakterizacija posameznih

odsekov (določitev GT) in določitev pričakovanih tipov obnašanja hribine (BT) na področju

obeh predorskih cevi.

S pričujočimi, v nadaljevanju opisanimi geostatični izračuni, je bila izdelana verifikacija

načrtovanih podpornih ukrepov za naslednje izkopne kategorije:

Preglednica 1: Seznam prečnikov s pričakovanimi hribinskimi tipi in tipi obnašanja

Prečnik Tip prečnika Cona Hribinski tipi Tipi obnašanja Nadkritje [m]

P1 elektro prečnik 6 GT6 BT1, BT2, BT3 44 m


P3 trafo prečnik 12 GT3, GT5 BT3, BT4 55 m


P5 elektro prečnik 18 GT3, GT5 BT2, BT3, BT4 140 m

P6 trafo prečnik 22 GT4, GT5 BT3, BT4 152 m


3/20

2 GEOMETRIJSKI PODATKI

Geometrijske zasnove profila prečnikov se nahajajo v grafičnih prilogah načrta izkopa in

osnovne podgradnje za prečnike predora T8.

Velikosti predorskega profila prečnikov je bila določena na podlagi predpisanega svetlega

profila posameznega prečnika, na podlagi podanih zahtev s strani izdelovalcev

varnostnega koncepta ter zahtev, podanih s strani načrtovalcev elektro-strojne opreme.

Obliki predorskih profilov sta bili določeni skladno s principom načrtovanja predorov po

metodi NATM. Rezultati geostatičnih analiz služijo kot podlaga za določitev obsega

podpornih ukrepov ter velikosti deformacijskih toleranc.

Dolžina posameznih prečnikov znaša med 23,5 m in 25 m.

2.1 Elektro prečniki

Prečniki P1, P2, P4, P5 in P7 so zasnovani kot elektro prečniki.

Velikost karakterističnega izkopnega profila znaša AKPP=45 m2. Razdelitev celotnega

izkopnega profila in obseg podpornih ukrepov smo določili na podlagi izdelanih 2D

geostatičnih analiz. Glede na načrtovan postopni izkop je predvidena razdelitev profila na

kaloto s stopnico ter talni obok. Meja med kaloto s stopnico in talnim obokom je določena

na globini -0,6 m pod niveleto prečnika.

V izračunu je bila analizirana obloga iz brizganega cementnega betona brez upoštevanja

vpliva podpornih jeklenih lokov.

Raster sider se po odsekih spreminja v odvisnosti od geotehničnih pogojev.

4/20

2.2 Trafo prečniki

Prečniki P3 in P6 so zasnovani kot trafo prečniki.

Velikost karakterističnega izkopnega profila znaša AKPP=67,5 m2. Razdelitev celotnega

izkopnega profila in obseg podpornih ukrepov smo določili na podlagi izdelanih 2D

geostatičnih analiz. Glede na načrtovan postopni izkop je predvidena razdelitev profila na

kaloto s stopnico ter talni obok. Meja med kaloto s stopnico in talnim obokom je določena

na globini -0,64 m pod niveleto prečnika.

V izračunu je bila analizirana obloga iz brizganega cementnega betona brez upoštevanja

vpliva podpornih jeklenih lokov.

Raster sider se po odsekih spreminja v odvisnosti od geotehničnih pogojev.

3 MATERIALNE KARAKTERISTIKE

3.1 Povzetek geološko geotehničnega poročila

Vsi podatki so bili pridobljeni iz dokumenta »Geološko-geotehnični elaborat o geološki

zgradbi in geotehničnih pogojih projektiranja ter izvedbe predora T8, ZRMK d.o.o.,

št.3610/P-2003352/14, junij 2010«

5/20

Preglednica 2: Materialni parametri geotehničnih enot (Vir: »Geološko-geotehnični elaborat o geološki

zgradbi in geotehničnih pogojih projektiranja ter izvedbe predora T8, ZRMK d.o.o., št.3610/P-2003352/14,

junij 2010«

Parametri Enota GT1 GT1 GT2 GT2 GT3 GT3 GT4 GT4 GT5 GT5 GT6 GT6

sigci [MPa] 20,52 20,52 29,7 29,7 17,28 17,28 20,52 20,52 29,7 29,7

GSI 15 19 33 35 37 45 25 30 55 65

m 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7

Ei [MPa] 12.000 12.000 12.000 12.000 12.000 12.000 12.000 12.000 12.000 12.000

γ [kN/m3] 18 19 24 24 24 24 24 24 24 24 24 24

globina [m] 15 15 30 30 30 30 100 100 100 100

s3max [MPa] 0,1812 0,183 0,3676 0,3687 0,3625 0,3625 1,1018 1,1113 1,176 1,1941

c [MPa] 0 0 0,045 0,054 0,154 0,165 0,134 0,173 0,206 0,236 0,541 0,804

φ [°] 19 23 40 42 46 46 43 46 31 33 43 45

sig t [MPa] -0,005 -0,007 -0,027 -0,031 -0,021 -0,039 -0,01 -0,015 -0,139 -0,296

sig c [MPa] 0,102 0,15 0,612 0,698 0,471 0,771 0,245 0,353 2,333 4,117

sig cm [MPa] 1,126 1,324 2,865 3,015 1,876 2,263 1,621 1,871 4,809 6,203

Erm [MPa] 440 522 1.190 1.360 1.560 2.684 720 980 4.900 7.580

Preglednica 2: Nastopajoče geotehnične enote.

GT1 deluvialne gline in grušči

GT2 preperel fliš

GT3 kompakten fliš P:L= 70: 30

GT4 kompakten fliš P:L= 40: 60

GT5 tektonsko razpokan

GT6 Zelo kompakten fliš

3.2 Povzetek rezultatov geofizikalnih meritev z metodo seizmične tomografije

Pred izdelavo pričujoče zasnove so bile izvedene geofizikalne meritve razporeditve

geoloških plasti v bližnjem območju obeh osi predorov z metodo seizmične tomografije

(Vir: Geološko geomehanske raziskave za objekt Predor T8, Faza 1: Geofizikalne

preiskave, Geoinženiring d.o.o., Št. 40-80106/09, november 2009).

6/20

Rezultati meritev kažejo, da je izven območja struge Škofijskega potoka plast grušča

oziroma preperine debela od 2 – 3 m, plast preperelega fliša cca. 3 m, pod plastjo

preperelega fliša se nahaja kompakten fliš.

3.3 Geomehanske karakteristike uporabljene v analizi

Geomehanski parametri kategoriziranih hribinskih materialov so v nadaljevanju

vrednoteni za posamezen analiziran profil na podlagi dejanskega nadkritja predorske cevi.

Z uporabo Hoek-Brown–ove klasifikacije so bili določeni trdnostni parametri prilagojeni

Mohr-Coulombovemu kriteriju porušitve.

Izračuni uporabljenih karakteristik so predstavljeni v poglavjih, ki obravnavajo posamezne

analizirane profile.

3.4 Razmerje med horizontalno in vertikalno napetostjo

Na podlagi rezultatov izvedene hidravlične frakturizacije na območju predora T8

povzemamo naslednje vrednosti K:

Nizko nadkritje (h< 14 m): 1,0hx y

v

K K

Visoko nadkritje (h> 14 m):

2,0hxx

v

K

pravokotno na os predora

1,5hy

y

v

K

vzporedno z osjo predora

3.5 Obloga iz brizganega cementnega betona

Za brizgano cementno oblogo je bil izbran trdnostni razred betona C20/25.

7/20

324 /

20

2013,3

1,5

15000

bcb

ck

cd

bcb

kN m

f MPa

f MPa

E MPa

Ebcb,mlad = 3000 – 5000 MPa

3.6 Armaturno jeklo

Za armaturno jeklo je bil izbran trdnostni razred S500 B.

378,5 /

500

500434,8

1,15

200000

ja

yk

yd

ja

kN m

f MPa

f MPa

E MPa

3.7 Sidra

3.6.1 Začasna samouvrtalna sidra

Projektna vrednost dovoljene sile v sidru znaša 250ydF kN

4 OBTEŽBA

Stalni vplivi, ki delujejo na podporne elemente v izkopnih profilih:

- Hribinski pritiski zaradi spremembe napetostnega stanja, ki je posledica izkopa

predora.

- Vplivi sider na oblogo in okolico.

- Lastna teža podpornih elementov.

8/20

Delovanje spremenljivih vplivov ni predvideno. Zvezen nivo podtalne vode v fazi

hidrogeoloških preiskav ni bil odkrit. Lokalno so možni točkovni dotoki, ki naj ne bi

bistveno vplivali na obnašanja podpornega sistema v predoru.

5 2D GEOSTATIČNA ANALIZA IZKOPA IN OSNOVNE PODGRADNJE PREČNIKOV

5.1 SPLOŠNO

Vse 2D geostatične analize so bile izvedene s programom Phase2, ki za izračun uporablja

metodo končnih elementov. V analizi so bili uporabljeni najbolj neugodni prečni profili. Za

površino je bila vzeta eksaktna topografija terena, pridobljena iz plastnic izdelanega

aeroposnetka. Razporeditve geoloških plasti so bile določene skladno s pridobljenimi

geološkimi profili, ki so bili izdelani na podlagi rezultatov popisov jeder izvedenih

raziskovalnih vrtin ter na podlagi definicije razporeditve, pridobljene z metodo seizmične

tomografije.

Geostatične analize so bile izdelane v skladu z veljavnimi inženirskimi pristopi pri

načrtovanju izvedbe predorov. Za vsak odsek posebej je bila izdelana kvantitativna

analiza s ciljem določitve pravega zaporedja izkopnih sekvenc predorskih profilov. Za

analizo je bil uporabljen Mohr-Coulomb-ov kriterij porušitve.

3D učinek kampadnega varovanja je bil simuliran z zmanjšanim modulom elastičnosti

posameznih plasti.

Obloga brizganega betona in sidra so bila analizirana po linearno elastični teoriji.

5.2 ELEKTRO PREČNIK V HRIBINSKEM TIPU GT6

V tej analizi je bila izdelana simulacija izkopa in izvedba primarnega podpiranja elektro

prečnika v hribinskem tipu GT6. Maksimalna višina nadkritja znaša h=77,5 m. Simulacija

je obsegala devet računskih faz. Prevladujoča je geotehnična enota GT6.

5.2.1 Faze izkopa

1. Analiza primarnega stanja.

9/20

2. Izkop kalote s stopnico (upoštevan 3D učinek čela - 1. izkopni korak za čelom).

3. Vgradnja primarne obloge v kaloti s stopnico – mlad beton.

4. Napredovanje čela kalote s stopnico (3. izkopni korak za čelom).

5. Vgradnja sider v kaloti s stopnico in upoštevanje starega betona.

6. Velika oddaljenost čela v kaloti s stopnico.

7. Izkop talnega oboka (upoštevan 3D učinek čela).

8. Vgradnja primarne obloge v kaloti s stopnico – star beton.

9. Velika oddaljenost čela v talnem oboku.

Slika 1: Numerični model analiziranega profila

5.2.2 Analiza podpornih elementov

Ugotovljeno je bilo, da v danih geološko geotehničnih pogojih ni posebnih omejitev pri

določanju izkopnih sekvenc.

Analiza je bila izdelana v takšnih izkopnih sekvencah, da je zadoščeno pogojem

zagotavljanja stabilnosti izkopnega profila in nosilnosti primarnega podporja.

10/20

5.2.2.1 Kontrola obloge iz brizganega betona

- debelina primarne obloge znaša d=20 cm.

5.2.2.2 Kontrola sil v sidrih

- Prečnik P7 v GT6

Samouvrtalna sidra so dolžine L=3 m. Razdalja sider v posameznem koraku znaša: 2,0 m.

Maksimalna aktivirana sila v enem sidru znaša: Fd=30 kN < Fyd=250 kN

Ostali rezultati so prikazani v prilogi P.1.

5.2.3 Kontrola deformacij

- Kalota

Računska pred deformacija v kaloti s stopnico znaša uks,pred=0,2 cm

11/20

Totalni pomik v kaloti uks,max=0,5 cm.

- Talni obok

Računska pred deformacija v stopnici znaša us,pred=0,2 cm

Totalni pomik v stopnici ut,max=0,25 cm.

V prilogi P.1 so prikazane glavne smeri pomikov (totalni pomiki).

5.3 ELEKTRO PREČNIK V HRIBINSKEM TIPU GT3

V tej analizi je bila izdelana simulacija izkopa in izvedba primarnega podpiranja elektro

prečnika v hribinskem tipu GT3. Maksimalna višina nadkritja znaša h=140 m. Simulacija


5.3.1 Faze izkopa



3. Vgradnja primarne obloge (15 cm) v kaloti s stopnico – mlad beton.


5. Vgradnja sider v kaloti s stopnico in upoštevanje starega betona (30 cm).





12/20









13/20


- Prečnik P5 v GT3


Maksimalna aktivirana sila v enem sidru znaša: Fd=85 kN < Fyd=250 kN



- Kalota


14/20


- Talni obok




5.4 TRAFO PREČNIK V HRIBINSKEM TIPU GT3

V tej analizi je bila izdelana simulacija izkopa in izvedba primarnega podpiranja trafo

prečnika v hribinskem tipu GT3. Maksimalna višina nadkritja znaša h=55,6 m. Simulacija


5.4.1 Faze izkopa










15/20









16/20


- Prečnik P5 v GT3


Maksimalna aktivirana sila v enem sidru znaša: Fd=85 kN < Fyd=250 kN.



- Kalota


17/20


- Talni obok




5.5 TRAFO PREČNIK V HRIBINSKEM TIPU GT4

V tej analizi je bila izdelana simulacija izkopa in izvedba primarnega podpiranja trafo

prečnika v hribinskem tipu GT4. Maksimalna višina nadkritja znaša h=152,4 m.

Simulacija je obsegala devet računskih faz. Prevladujoča je geotehnična enota GT4.

5.5.1 Faze izkopa










18/20









19/20


- Prečnik P6 v GT4


Maksimalna aktivirana sila v enem sidru znaša: Fd=85 kN < Fyd=250 kN.



- Kalota


20/20


- Talni obok




6 ZAKLJUČEK

Z geostatičnimi analizami so bile določene sekvence izkopov in obseg potrebnega

primarnega podporja. Podporni ukrepi so načrtovani optimalno, pri čemer je zagotovljena

zadostna stabilnost in varnost proti porušitvi v vseh odsekih.

7 PRILOGE GEOSTATIČNIH IZRAČUNOV

P.1 Elektro prečnik v hribinskem tipu GT6


P.3 Trafo prečnik v hribinskem tipu GT3


1


2

MATERIALNE IN GEOMETRIJSKE KARAKTERISTIKE

3

4

5

2D numerični model

6

Primarno napetostno stanje 1

7


8

Napetostno stanje 1 - po končanem izkopu in zavarovanju s primarno podgradnjo

9


10

Strižne deformacije st – končni izkop

11

Prikaz področij plastifikacije - končni izkop

12

Diagram NOTRANJIH SIL V PRIMARNI OBLOGI

13

Interakcijski diagram OSNIH SIL in UPOGIBNIH MOMENTOV V PRIMARNI OBLOGI

14

Diagram OSNIH SIL V SIDRIH

15

Totalni pomiki v profilih obeh predorskih cevi – BREZ PRIMARNE PODGRADNJE

16

Totalni pomiki v profilih obeh predorskih cevi – S PRIMARNO PODGRADNJO

1


2


3

4

5

2D numerični model

6


7


8


9


10


11


12


13


14


15


16


1


2


3

4

5

2D numerični model

6


7


8


9


10


11


12


13


14


15


16


1


2


3

4

5

2D numerični model

6


7


8


9


10


11


12


13


14


15


16


Documents

4.3. GEOSTATIČNA ANALIZA PREČNIKOV PREDORA T8 Črni Kal - Koper/3-7/T8... · 5.3 ELEKTRO PREČNIK V HRIBINSKEM TIPU GT3 V tej analizi je bila izdelana simulacija izkopa in izvedba