Sztolnia(Heading)

to niewielki poziomy tunel o powierzchni przekroju poprzecznego nie przekraczającej 20 m².

Klasyfikacje sztolni:

1) Ze względu na kształt

• trapezowa

• podkowiasta

• prostokątna

• kołowa

2) Ze względu na materiał obudowy

• drewniana

• stalowa

• betonowa, żelbetowa

3) Według położenia w przekroju tunelu

• kalotowa

• spągowa

• przyścienna

4) Według funkcji, które może sztolnia spełniać

• robocza – jako podstawa do rozbudowy pełnego przekroju tunelu

• transportowa – odprowadzenie urobku i dowóz materiałów

• komunikacyjna – dojazd pracowników

• wentylacyjna – dostarczanie świeżego powietrza

• odwadniająca – odprowadzenie wody gruntowej/opadowej

• badawcza – rozpoznanie oraz weryfikacja warunków geotechnicznych

• pilotowa – tyczenie osi tunelu

• hydrotechniczna – nisko lub wysoko ciśnieniowa

• kanalizacyjna

Sztolnia zbudowana jest z ramy, rozpór oraz poszycia.

Rama sztolni zbudowana jest z trzech elementów:

- stropnica

- spągnica

- stojaki

Szczyt sztolni:

• konstrukcja instalowana na przodku sztolni, w celu zabezpieczenia przed osypywaniem gruntu do sztolni,

• szczyt ma kształt sztolni,

• deski układa się od dołu,

• szczyt sztolni podparty jest pionowymi deskami rozpartymi ukośnymi rozporami drewnianymi do przedostatniej ramy sztolni,

• elementy szczytu sztolni są numerowane do montażu i demontażu.

Fazy wykonania trapezowej sztolni drewnianej:

• Wstawienie pierwszej ramy sztolni

• Wbicie desek (klepek poszycia) dookoła ramy sztolni, podebranie gruntu

• Wstawienie górnej belki (stropnicy) podpartej ukośnie rozparciem

• Wybranie gruntu i wstawienie kolejnej ramy

• Podbicie do góry desek poszycia i wsunięcie pod nie kolejnych

(po każdej kolejnej podpórce poprzednie deski poszycia mocno się rozklinowuje)

Metoda paryska

Metoda paryska jest jedną z klasycznych metod wykonywania tuneli.

Zastosowanie:

• w skałach miękkich, osadowych (piaskowce, kreda, margiel...),

• w słabych, skruszonych skałach.

Fazy wykonania tunelu metodą paryską:

• Budowa sztolni kalotowej,

• rozbudowa kaloty, tzn. poszerzenie sztolni kalotowej,

• wykonanie sklepienia kalotowego,

• częściowe wybranie sztrosy,

• wykonanie podkopów pod ścianę,

• wykonanie ścian tunelu (w specjalnych szalunkach),

• ewentualnie wykonanie płyty dennej (woda).

Metoda niemiecka

Fazy wykonania tunelu metodą niemiecką:

• wykonanie sztolni przyściennych

• zabetonowanie fragmentu obudowy znajdującego się w wykonanych sztolniach

• wykonanie sztolni wezgłowiowych

• zabetonowanie fragmentu obudowy znajdującego się w wykonanych sztolniach

• budowa sztolni kalotowej

• rozbudowa kaloty

• wykonanie sklepienia kalotowego

• wybranie sztrosy

• zabetonowanie płyty dennej

Nowa metoda austriacka

Metoda konwencjonalna (Nowa Metoda Austriacka), ang. New Austrian Tunelling Method (NATM) jest jedną z klasycznych metod wykonywania tuneli.

Zastosowanie:

• we wszystkich rodzajach skał,

• w gruntach spoistych w stanie zwartym.

Zasadniczym elementem tunelu jest otaczający górotwór.

Obudowa podatna powoduje taką redystrybucję momentów, w wyniku której osiągnięty zostaje „nowy” stan równowagi.

Niezbędny jest monitoring przemieszczeń .

Obudowa podatna wykonana jest z kilku składowych elementów w zależności od klasy skały.

Elementy obudowy mogą być:

• kotwy skalne ( w rozstawie od 1 x 1 m do 4 x 4 m i zróżnicowanej długości od 1 do 6m,

• siatka stalowa o różnych wymiarach oczek i różnej grubości prętów,

• beton natryskowy o grubości od 15 do 25 cm,

• łuki stalowe w rozstawie od 0,75 do 2,5 m.

Projektowanie:

• projektowanie na podstawie klasyfikacji skał

• podatna obudowa wyrobiska

• dopuszczenie do przemieszczeń wyrobiska (odkształcenia obudowy)

  • prognozowanie przemieszczeń (specjalistyczne programy MES, badania geotechniczne, dobór parametrów materiałowych)

  • pomiary przemieszczeń w trakcie budowy (pomiary konwergencji)

• projektowanie interaktywne

Zalety:

• Możliwość wariantowania obudowy (dostosowania do warunków gruntowych)

• Zmienność obudowy na przebiegu tunelu

• Duża dowolność projektowania

• Duża oszczędność materiału

• Metoda bardzo ekonomiczna

Metoda berlińska

Metoda berlińska jest jedną z odkrywkowych metod wykonywania tuneli.

Zastosowanie:

• wykopy do głębokości nie przekraczającej 15m (głębsze tylko na krótkich odcinkach),

• w gruntach, które można odwodnić poprzez pompowanie (niespoiste, spoiste z dużą zawartością piasku),

• gdy nie ma wody gruntowej.

Fazy wykonywania tunelu metodą berlińską:

FAZA „0”

• Odwodnienie

Projekt odwodnienia do pozwolenia na budowę wykonywany przez uprawnionego hydrogeologa, zawierający:

• ocenę warunków hydrologicznych, parametrów filtracji, obliczenia dopływu wody,

• ocenę możliwego wydatku wody

• projekt odwodnienia, tj. dobór metody odwodnienia:

  • drenaż,

  • igłofiltry

  • studnie depresyjne, głębinowe

• ocenę wpływu odwodnienia na środowisko,

• ocenę wpływu odwodnienia na obiekty sąsiednie,

• analizę stateczności dna wykopu oraz ścian wykopu.

Pozwolenie wodno – prawne:

• zgoda na zrzut wody do kanalizacji miejskiej,

• wyznaczenie kolektora o odpowiedniej przepustowości,

• przydział mocy (3. stopniowy system zasilania – z 2 różnych transformatorów oraz z agregatu)

• Monitoring

Projekt monitoringu do pozwolenia na budowę, tj. opracowanie „Ocena wpływu wykonania wykopu na obiekty sąsiednie” zawierające:

• ocenę stanu technicznego obiektów sąsiadujących z wykopem, w tym:

• inwentaryzację,

• ekspertyzę techniczną konstrukcji, fundamentów,

• zabezpieczenie rys poprzez plombowanie,

• ocenę przemieszczeń – MES,

• harmonogram pomiarów (fazy budowy),

POMIAR „0”

Faza 1 – Wykonanie wykopów ze skarpami do głębokości około 1,5 m (często ręcznie)

• w celu odsłonięcia i zabezpieczenia (lub przełożenia) podziemnej infrastruktury technicznej,

• wytyczenie miejsc osadzenia pali.

Faza 2 – Osadzenie pali stalowych w rozstawie ok. 1,75 - 2,5m:

• pale wbijane,

• pale wwiercane,

• pale wibrowane,

• pale osadzane w zawiesinie iłowo-cementowej

(głębokość wbicia pali poniżej dna wykopu wynika z obliczeń statycznych i wynosi zwykle ok. 3m)

Faza 3 – Wykonanie wykopu szerokoprzestrzennego wraz z odeskowaniem i rozparciem

Metody rozparcia ściany w zależności od szerokości wykopu (b):

• b < 10m – rozpory drewniane,

• 10 < b < 15m – kształtowniki stalowe - IPE HEB

• 15 < b < 20 (25)m – rury stalowe – Ø 500 – 800mm

• b > 20 (25)m – kotwy iniekcyjne.

Kotwy iniekcyjne:

Fazy wykonania kotwy iniekcyjnej:

• wiercenie otworu w gruncie (dw=0,114m lub 0,250m),

• wykonanie wlewki,

• wprowadzenie konstrukcji kotwy

  • prętowe,

  • rurowe,

  • splotowe (3 – 7 splotów),

• iniekcja – formowanie buławy,

• sprężenie.

Nośność kotew iniekcyjnych wynosi 300 – 800 kN

Długość całkowita kotwy, LK = 15 - 30m

Długość buławy, LB = 5 – 10m

Rozpory:

System rozpór może składać się z:

• Oczepu

• Zastrzałów

• Podpór pośrednich

• Rozpór

Faza 4 – Wykonanie konstrukcji tunelu

• odbiór dna wykopu przez geotechnika,

• przygotowanie dna wykopu, ułożenie warstw: filtracyjnej, wyrównawczej, chudego betonu,

• ułożenie izolacji (maty bentonitowe, papa na lepiku, itp),

• prace zbrojarskie, startery do słupów,

• ułożenie izolacji na ścianach, deskowanie, wykonanie konstrukcji (uwaga: demontaż dolnego poziomu rozparcia – faza obliczeniowa).

• izolacja stropu (!)

Faza 5 – Zasypanie tunelu (odprężenie kotew!)

Metoda berlińska odmiana hamburska:

Fazy 1 – 3 jak przy metodzie klasycznej

Faza 4 – Wykonanie konstrukcji tunelu

• odbiór dna wykopu przez geotechnika,

• przygotowanie dna wykopu, ułożenie warstw: filtracyjnej, wyrównawczej, chudego betonu,

• ułożenie izolacji (maty bentonitowe, papa na lepiku, itp) + kształtki,

• prace zbrojarskie, startery do słupów, deskowanie, wykonanie konstrukcji (uwaga: demontaż dolnego poziomu rozparcia – faza obliczeniowa),

• odwinięcie i ułożenie izolacji na ścianach tunelu,

• zasypanie gruntem niespoistym i zagęszczenie,

• izolacja stropu (!)

Faza 5 – Zasypanie tunelu (odprężenie kotew!)