PODZEMNÍ STAVBY

1. PODZEMNÍ STAVBY TSM a TBM Ústav geotechniky

2. STROJNÍ RAŽBA - TSM • TSM = angl. Tunnel Sequential Machines • = něm. Teilschnittmaschinen • Nejčastěji se sem řadí výložníkové frézy,dále i rýpadla(tunelbagry)a impaktory • Pohybují se na kolovém, častěji na pásovém podvozku • Výložníkové frézy jsou odvozeny ze strojů pro těžbu (uhlí) • Na výložníku rotuje axiální nebo příčná řezná hlava (kulová, válcová, kuželová) osazená rozpojovacími nástroji (zuby, dláty, roubíky) • Řezná hlava bývá často (pro omezení prašnosti) skrápěna vodou

3. Výložníkové frézy TSM • Pod výložníkem bývají běžně klepetové či diskové nakladače na rubaninu > přes frézu jsou vedeny hřeblové nakladače > za frézou mohou být zavěšeny pásové dopravníky > plnění vozů a odvoz

4. Výložníkové frézy a impaktor

5. Razící stroj TSM typ ITC fy Schaeff (Švýcarsko)

6. Výhody TSM: • Poměrně laciné, nepříliš složité mechanismy • Maximální usnadnění práce • Šetrné rozpojování horniny s kontrolou nadvýlomů (=> dodržení teoretického výlomu) • Ražba profilů různého tvaru • Možnost vystrojovat až k čelbě • Přirozené zaklenutí čelby v obou směrech: • Nevýhody TSM: • Vhodné jen do měkkých a středně pevných hornin (σc do 50 [max. 100] MPa) • Poněkud nižší postupy • Bez skrápění vodou vzniká nadměrná prašnost

7. U rypadel je nutná dokonalá kinematika nástroje (musí se dostat až do okrajů raženého Ø); současně nakládají rozpojenou horninu. Standardně je lze vybavit různými nástroji – lžicemi, impaktorem, dnes i frézou ap. • Impaktory (= těžká bourací kladiva) – dnes běžně pouze jako speciální nástroj nasazený přes adaptér na výložník rypadla, frézy

8. STROJNÍ RAŽBA -TBM DO TVRDÝCH HORNIN • TBM = angl. Tunnel Boring Machines • = něm. Tunnelbohrmaschinen • Plnoprofilové razící (vrtací) stroje do tvrdých hornin • Výrub vrtají mechanicky (bez použití trhavin) na celý Ø • Metoda je určena pro zřizování Ø nebo velmi blízkých Ø • V současné době zaznamenává metoda velmi dynamický rozvoj (nové typy TBM, výzkum rozpojování horniny velmi vysokou teplotou ap.)

9. Schéma a pracovní obvody TBM

10. Rozdělení TBM • Podle Ø: • Malé - s výrubem Ø ≤ 5 m; pro ražbu průzkumných a vodohospodářských (vodovodních, kanalizačních, odvodňovacích, při VE a PVE ap.) štol a tunelů • Střední - s výrubem Ø 5 ÷ 10 m; pro ražbu traťových (příp.) staničních tunelů metra a jednokolejných železničních tunelů • Velké - s výrubem > 10 m; pro ražbu silničních, dálničních a dvoukolejných železničních tunelů, řídce i jiných děl • Podle konstrukčního uspořádání: • TBM bez pláště (= otevřený) • TBM s pláštěm - jednoduchým; - dvojitým (= teleskopickým) • TBM s rozšiřováním výrubu (s členěním Ø)

11. Rozdělení TBM podle konstrukčního uspořádání

12. TBM s pláštěm jsou velmi blízké mechanizovaným štítům • Rozdíl mezi TBM a štítem: vrtací hlava TBM vytváří otvor většího Ø než plášť; ten se do předvrtaného otvoru zatahuje (či zasouvá). U mechanizovaného štítuhlava rozpojuje zeminu pod přímou ochranou pláště, který je do zeminy trvale zatlačován a tak odpovídá Ø ražení • Vrtné hlavy TBMbývají osazeny převážně rotujícími diskovými dláty; oproti tomu vrtné hlavy štítů jsou vybaveny obvykle loupacími dláty • TBM moderních konstrukcí lze v případě potřeby přestavět na mechanizované štítya rozdíl se tím smazává • TBM s rozšířením výrubu jsou určeny pro proměnné geologické podmínky resp. pro velké Ø

13. Vrtací hlava – může být plošně uzavřená nebo otevřená (tvořená víceramenným křížem ). Na hlavě jsou osazeny rozpojovací nástroje – převážně valivá disková dláta s řeznou hranou z kalené oceli nebo (častěji) z tvrdokovu; ta se odvalují pod velkým přítlakem a rozpojují horninu kombinací příčného tahu a soustředného tlaku

14. Mechanismus rozpojování horniny valivým diskovým dlátem;koncentrické dráhy dlát na čele:

15. Teoretická rychlost postupu vrtání = několik m/hod (= několik set až mnoho set m/měsíc [B. Štiavnica NOŠ až 800 m/měsíc při Ø 326 cm]) • Skutečná rychlost postupu = podstatně nižší v důsledku: • Nutnosti odsouvat značné kubatury rubaniny • Nutnosti přemísťování stroje při postupu vrtání [posun a přestavování „bačkor“ systémem stůj-popojdi] • Nutnosti údržby a oprav stroje a především výměny dlát na vrtací hlavě • Případného zajišťování výrubu • (A to vše při návěsu dlouhém až 150 – 200 m!)

16. TBM bez pláště = otevřený:Obsluha stroje je chráněna stříškou. Středem vede pásový dopravník na který se rubanina nahrnuje obvodovými lopatkami při rotaci hlavy cca 14÷16 ot/min. Vrtání musí být přerušeno při přestavě bačkor

17. TBM bez pláště = otevřený

18. TBM s jednoduchým pláštěm – nemá vlastní bačkory. Velmi podobný mechanizovanému štítu. Pracuje cyklicky. Obezdívka je standardně prováděna ze ŽB dílců. Snížená rychlost ražení. Určen do variabilní geologie

19. TBM s dvojitým (teleskopickým) pláštěm – může pracovat i bez stavění výztuže (má vlastní bačkory), vrtání i zřizování montované obezdívky mohou probíhat souběžně. Pokud není hornina dostatečně stabilní pro opření bačkor, pracuje jako TBM s jednoduchým pláštěm

20. TBM s rozšiřováním průřezu – standardně jednostupňovým. Nevýhoda dvojnásobného průchodu profilem je kompenzována: • Možností bezprostředního průzkumu • Předstihovým zabezpečením nestabilních úseků příp. rozšířením takového úseku jiným postupem • Větráním a odvodněním pro následnou ražbu velkého tunelu • Možností předstihového vyražení komplikovaných objektů v trase (komíny, šachty, kaverny) rozfáráním ze směrové štoly • Vestavěním výstroje bezprostředně za kratší zatahovanou vrtnou hlavou • Takový TBM může mít při většině stejných agregátů vrtnou hlavu výměnnou (v rozpětí Ø až 3÷4 m)

21. TBE = Tunnel-BohrErweiterungs-maschine

22. Uetliberg Tunnel - Zürich

23. TBE – Uetliberg (Švýcarsko)

24. Výhody TBM: • Obvykle je cca až 3x rychlejší než konvenční tunelování (jako speciální štít – viz dále) • Minimální narušení okolního masívu ražbou • „Nepřerušovaný“ cyklus ražení (24 hod/den; 7 dnů v týdnu); ovšem s řadou omezení (údržba stroje, výměna nástrojů, odsun rubaniny, hygienické limity etc.) • Možnost budování ostění pod ochranou návěsu a zařízením v návěsu umístěným

25. Nevýhody TBM: • Možnost pouze Ø, nebo Ø velmi blízkého • Malá flexibilita při nasazení v rozdílných horninách (běžně se stroj staví „na míru“ dané lokality). Mohou vzniknout potíže v blízkosti silně kolísavé báze kvartéru (Singapur)! • Nutnost dobré kvality horniny(při její nízké kvalitě hrozí zavalení hlavy, povolení horniny při rozepření bačkor, zaboření vrtné hlavy ap.) • Vysoká až velmi vysoká pořizovací cena(ta bývá, podle Ø stroje, v řádu 10. až [mnoha] 100. mil. Kč) • U bačkor při ražbě Chunnelu vznikaly při jejich upínání poruchy v bocích, muselo být použito rozpínané ostění, přičem vznikla nutnost přestavět komplexy za cca 400 mil. US $!!!

27. Pohon: elektrický o VN • Doprava rubaniny a materiálu: rubanina z vrtné hlavy > dopravníkový pás; materiál uvnitř návěsu > visutá drážka; v návěsu a z tunelu kolejová (lokomotiva + vozy); • Některé TBM (s jednoduchým či dvojitým pláštěm) umí i zatáčet (některé speciální konstrukce i ve velmi malých poloměrech) • Navržen TBM Ø:

28. Návrh TBM two + two face pro tlamový Ø:

29. Vereina linie (Švýcarsko) – Zugwald tuneldl. 2,1 km. Ø 7,64 m (Ø výlomu 46 m2). Hmotnost TBM 700 t; hmotnost návěsu 250 t. Celková dl. stroje 210 m; el. přípojka 4 200 kW; přítlak hlavy21 000 kN, na hlavě 57 valivých dlát; výkon výlomu = výkonu dopravníkového pásu = 500 m3/hod

30. TBM pro ražbu tunelu v jižní části bázového tunelu Lötschberg: • Ø9,43 m;60 diskových dlát;přítlak 16 000 kN;až 6 ot/min;výkon 3 500 kW;dl. s návěsem 142 m;projektovaná rychlostražby 25 m/den • Nejlepší výkon k 30. 5. 2002: 40,5 m/den