CZ306781B6 - Dvouplášťové ostění podzemních děl a způsob stanovení únosnosti tohoto ostění - Google Patents

Abstract

Dvouplášťové ostění podzemních děl má nosnou trvalou konstrukci podzemního díla tvořenou společnou konstrukcí primárního ostění (1) a sekundárního ostění (2) s nosnou funkcí a vzájemnou interakcí obou těchto ostění (1, 2). Sekundární ostění (2) tak může mít sníženou tloušťku a/nebo nižší třídu betonu a/nebo nižší stupeň vyztužení. Při navrhování sekundárního ostění (2) se zohlední statická funkce primárního ostění (1).

Description

Oblast techniky

Vynález se týká dvouplášťového ostění konvenčně ražených podzemních děl a způsobu stanovení únosnosti tohoto ostění.

Dosavadní stav techniky

Ostění konvenčně ražených podzemních děl se skládá z primárního ostění a sekundárního ostění. Primární ostění je aplikováno hned po provedení výrubu jako stříkaný beton v kombinaci s ocelovou výztuží z výztužných rámů a sítí, nebo bez ní ve formě drátkobetonu. Primární ostění ze stříkaného betonu zajišťuje spolu s kotveným horninovým prstencem stabilitu výrubu při ražbě podzemního díla až do doby, než je vestavěno sekundární ostění z monolitického betonu. Mezi primární a sekundární ostění je zpravidla aplikována hydroizolace, která zabraňuje pronikání vody a dalších agresivních látek, které voda transportuje do sekundárního ostění. Sekundární ostění je konstruováno z litého - monolitického betonu a slouží jako hlavní nosná konstrukce podzemního díla.

Vzhledem k obavám o životnost a statickou funkci primárního ostění po dobu životnosti podzemního díla, obvykle 100 let, se při návrhu a dimenzování sekundárního ostění v současné době s jeho spolupůsobením s primárním ostěním nepočítá. Teoretická tloušťka primárního ostění se standardně pohybuje od 150 mm do 300 mm. Jeho reálná tloušťka je zpravidla větší, neboť při ražbě podzemního díla vznikají technologicky či geologicky podmíněné nadvýruby, které jsou následně stříkaným betonem primárního ostění vyplněny. Uvažuje se, že primární ostění ze stříkaného betonu časem degraduje. Vzhledem k obavám o jeho skutečný stav během životnosti díla se v návrhu považuje jeho příspěvek do celkové únosnosti nosné konstrukce za nulový.

Nevýhodou současně používaného řešení je, že statický přínos primárního ostění není vůbec uvažován při výpočtu únosnosti podzemního díla. Dle dosavadních zkušeností je známo, že primární ostění nemusí nutně zcela degradovat, a tudíž jeho spolupůsobení se sekundárním ostěním může být do výpočtu zahrnuto. Tloušťka sekundárního ostění se standardně pohybuje od 250 mm do 450 mm. Nevyužití potenciálu únosnosti primárního ostění vede obecně ke zvýšené spotřebě betonu nebo ocelové výztuže, a to se všemi negativními dopady, kterými jsou například zvýšené materiálové a energetické náklady.

Podstata vynálezu

Výše uvedené nedostatky jsou do značné míry odstraněny nově pojatým návrhem dvouplášťového ostění podzemních děl podle tohoto vynálezu. Jeho podstatou je to, že nosná trvalá konstrukce podzemního díla je tvořena společnou konstrukcí primárního ostění a sekundárního ostění, přičemž na její celkové únosnosti se podílí obě tato ostění jejich vzájemnou interakcí a optimálním rozložením napětí mezi obě části, čehož je dosaženo podrobným rozborem pro danou geometrii tunelu a mechanickými vlastnostmi okolního prostředí, tj. horniny.

Předmětem patentu je stanovení únosnosti dvouplášťového ostění podzemních děl, kdy se při navrhování sekundárního ostění zohlední statická funkce primárního ostění výše uvedeným zpřesněním stanovení napětí.

Technické řešení, které je předmětem tohoto patentu, umožňuje u podzemních děl prováděných s dvouplášťovým ostěním využít spolupůsobení primárního a sekundárního ostění, tj. zohlednit

- 1 CZ 306781 B6 statickou funkci primárního ostění při stanovení celkové únosnosti dvouplášťového ostění konvenčně ražených podzemních děl.

Primární ostění může být započteno v celé nebo zredukované tloušťce, při uvážení jeho mechanických vlastností odpovídajících časovému horizontu životnosti díla. To přímo vede ke snížení investičních nákladů.

Započtení statického účinku primárního ostění umožňuje efektivní návrh sekundárního ostění snížením jeho tloušťky, snížením stupně vyztužení, snížením třídy betonu nebo kombinací těchto faktorů.

Díky možnosti využít statickou funkci primárního ostění po celou dobu životnosti podzemního díla a zohlednění jeho interakce se sekundárním ostěním dojde ke snížení materiálové a energetické náročnosti při výstavbě. Snížení materiálové náročnosti ostění se kladně projeví na životním prostředí.

Dosažené úspory betonu a oceli sníží ve smyslu Kjótského protokolu u nově projektovaných podzemních děl emise CO₂. Zohlednění statické funkce primárního ostění do celkové únosnosti dvouplášťové konstrukce podzemního díla umožní ve větším rozsahu navrhovat nevyztužená sekundární ostění, a tím snížit riziko poškození hydroizolačního systému podzemního díla při montáži výztuže. V občanské sféře povede snížení materiálové náročnosti ostění konvenčně ražených podzemních děl k možnému zkrácení doby výstavby, a tím i ke zkrácení období negativních účinků stavby na obyvatele v dané lokalitě - prašnost, hluk, zvýšená dopravní zátěž, atd.

Objasnění výkresu

Dvouplášťové ostění podzemních děl podle tohoto vynálezu bude blíže popsáno s pomocí přiložených výkresů, kde na obr. 1 je schematicky znázorněn typický řez dvouplášťovým ostěním konvenčně ražených podzemních děl a na obr. 2 je znázorněn detail tohoto řezu.

Příklady uskutečnění vynálezu

Na obr. 1 je v řezu znázorněna skladba dvouplášťového ostění konvenčně ražených podzemních děl a detail skladby je na obr. 2. Dvouplášťové ostění se skládá z primárního ostění 1 a sekundárního ostění 2. Teoretická tloušťka 5 primárního ostění 1 se obvykle pohybuje od 150 do 300 mm. Jeho skutečná tloušťka je však díky nadvýrubům větší. Obě ostění 1, 2 jsou od sebe oddělena hydroizolací 3. Primární ostění 1 je konstruováno ze stříkaného betonu, který je nanášen přímo na horninový masiv 4. Navrhované technické řešení spočívá v zohlednění statické funkce primárního ostění 1, a to započítáním celé teoretické tloušťky 5 primárního ostění 1, nebo pouze jeho části 6, do nosného systému podzemního díla.

Průmyslová využitelnost

Způsob stanovení únosnosti dvouplášťového ostění podzemních děl podle tohoto vynálezu nalezne uplatnění zejména pří stavbě nových konvenčně ražených podzemních děl, jako jsou tunely, štoly a podobně.

Claims (4)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Dvouplášťové ostění podzemních děl, vyznačující se tím, že nosná trvalá konstrukce podzemního díla je tvořena společnou konstrukcí primárního ostění (1) a sekundárního ostění (2) s nosnou funkcí a vzájemnou interakcí obou těchto ostění (1,2).
2. 2. Dvouplášťové ostění podle nároku 1, vyznačující se tím, že sekundární ostění (2) má sníženou tloušťku a/nebo nižší třídu betonu a/nebo nižší stupeň vyztužení.
3. 3. Dvouplášťové ostění podle nároku 1, vyznačující se tím, že sekundární ostění (2) je nevyztužené.
4. 4. Způsob stanovení únosnosti dvouplášťového ostění podzemních děl podle kteréhokoli z předchozích nároků laž3, vyznačující se tím, že při navrhování sekundárního ostění (2) se zohlední statická funkce primárního ostění (1).