Sostenimientos deformables para túneles excavados a … · Diseño del soporte parametros: ......
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El espacio subterráneo opción del futuroWTC CIUDAD DE MÉXICO, 8 – 10 OCTUBRE 2014
Sostenimientos deformables para túneles excavados a gran profundidad y sujetos a grandes presiones.
Heinz Ehrbar 8 de octubre 2014
Conclusiones
Construcción
Análisis estático del túnel
Básico del proycto
Diseño del soporte
Líneas del ferrocarril a través de los Alpes SuizosPieza central en el eje norte – sur de Europa
Eje del San Gotardo - un ferrocarril plano
m.s.n.m.3000
2700
2400
2100
1800
1500
1200
900
600
300
0
Bözberg/Hauenstein
Arth-Goldau
Bellinzona
Lugano
Airolo
Göschenen
Basel
Chiasso
BodioErstfeld
Eje actual
1600 t
1400 t
1800 t
Ferrocarril plano con túneles de base
Túneles de base: San Gotardo Ceneri
≥ 2000 t
Túnel de base San Gotardo ( l = 57 km) - Alineación
área para instalaciones
túnel de base San Gotardo
ferrocarril a cielo abierto
ferrocarril existente
depósito para la roca excavada
Sistema del túnel
Perfil geológico longitudinal
caída de rocas, aflojamiento en la bóveda,
desprendimientos da la roca inducidos por discontinuidades
desprendimientos da la roca inducida por esfuerzos
Convergencias o/y presiones altasFalla del frente de excavación
+ altas temperaturas de la roca y alta presión hidrostatica inicial
Riesgos principales
Macizo intermediario del TavetschPerforaciones exploratorias
com
pre
sio
n a
xia
l σ
1 [M
pa]
deformación axial ε [%]despues del ensayoantes del ensayo
2
1
2 4 6 800
σ3 σ3
σ1presión lateralσ3 = 0.15 Mpa
Ensayos tiaxialesComportamiento plástico de la roca
1 - 2 Mpa
después de la excavación
10 mnúcleo
20 Mpa
antes de la excavación
Tarea: ¿ Es posible crear un nuevo equilibrio después de la excavación ?
• perfil circular
• cierre inmediato del anillo del primer soporte
• uso de tecnología probada
• excavación del perfil en sección completa
Supuestos básicos para el diseño
resi
ste
nci
a d
el s
op
ort
e
p
deformación radial u
p1
p2
u1 u2
p
u
Experiencia - la curva característica
Dos principios pricipales de soporte de la roca
principio de resistencia
soporte rigido
deformaciones minimas
revestimiento finalsoporteprovisional
principio de evitación
soporte dúctil
grandes deformaciones
Sobre-excavacion
revestimiento final
soporteprovisional
El principio de resistencía
El principio de evitación
Conclusiones
Construcción
Análisis estático del túnel
Básico del proycto
Diseño del soporte
parametros:
E = 2000 MPaν = 0.3
c = 0.3 MPaφ = 26°
κ = 1/(1 - sinφ)
deformación radial [m]
0.5 1.000
1.5
prof
undi
dad
del t
únel
[m]
1000
500
1.20 m
p = 1.0 MPa
/ 0.25 m
p = 2.0 MPa
0.15 m
0.60 m
Deformaciones radiales como función de la profundidad del túnel
up
D = 13 m
H
0.5 1.000
1.5
up
D = 13 m
H
resi
sten
cia
del s
opor
te
p [M
pa]
1
2
10
H = 1000 m
0.60 m
1.20 m
H = 500 m
0.15 m
0.25 m
deformación radial [m]
parametros:
E = 2000 MPaν = 0.3
c = 0.3 MPaφ = 26°
κ = 1/(1 - sinφ)
Deformaciones radiales como función de la resistencia del soporte
0
principio de evitación
0.5 1.00 1.5
1
2
10
deformación radial [m]
resi
sten
cia
del s
opor
te
p [M
pa]
parametros:
D = 13 m
E = 2000 MPaν = 0.3
c = 0.3 MPaφ = 26°κ = 1/(1 - sinφ)
Principiode resistencia
Límites de aplicación
Conclusiones
Construcción
Análisis estático del túnel
Básico del proycto
Diseño del soporte
p p
Excavación inicial
juntas deslizantes cerradas
p
R1 Rayo excavado R2 Rayo después de las deformaciones
d Tolerancia para deformaciones asymetricas
Concepto para el soporte de la roca
p Restistencia del soporte
arcos de acero perfil TH
juntas deslizantes abiertas
Anclaje radial(hasta 250 m’/m túnel)
Arcos de acero(hasta 9.4 to/m túnel)
Anclaje del frente(hasta 210 m’/m túnel)
Excavación inicialcon espacio adicional para convergencias hasta 70 cm
Anclas radiales y en el frente de la excavación
malla metálica
concreto lanzado
juntas deslizantes arcos de aceroperfil TH
excavación anclas radiales
Concepto para el soporte de la roca
defo
rmac
ión
anclas radialesexcavación
concreto lanzado
malla metálica
arcos de aceroperfil TH juntas deslizantes
anclas radiales
excavación
arcos de aceroperfil TH
juntas deslizantes abiertas
concreto lanzado
malla metálica
anclas radiales
defo
rmac
ión
excavación
juntas deslizantes cerradas
concreto lanzado
arcos de aceroperfil TH
malla metálica
Concepto para el soporte de la roca
ur
paprincipio de evitación principio de resistencia
anclas del frente
anclas adicionales concreto lanzado
arcos de aceroadicionales
anclas radiales
excavación
L1 (15 m) L2 (60 m) L3
Secuencia de construcción
arcos de acero
urpa
roca
cojín de elevación para cargas pesadas
distribución de las cargas
arcos de acero
Ensayos in situ
�
5.2 Observations during the trial
In the first insertion phase it proved very difficult to guarantee the gliding of the ring beam. From the outset these tended to twist or go off axis. This phenomenon was effectively countered with different auxiliary constructions for lateral support and continuous checks. Insertion resistance, however, lay clearly below the required 400 kN during this phase. The system stabilised itself only after a radial deformation of approx. 30 cm, the insertion process took place at a more even pace and the test conditions were no longer crucial for compression behaviour.
During the insertion process it was possible to observe the behaviour of the clamps and the glide paths in detail. The clamps migrated completely irregularly both in the direction of glide path and towards the middle of the segment. The glide paths of both rings were similarly unpredictable. In the extreme case the glide path of a ring was practically closed, during which the same glide path on the other ring was still completely open.
Towards the end of the trial there was a substantial increase in insertion resistance. In one case an entire segment was overthrust and the ring beam closed even further. After almost all glide paths of both ring beams were closed, the ring beams began to deform in the vicinity of the open insertion points (Fig. 9 right). With increasing load an incompletely closed glide path was ultimately the reason for the stability failure of the ring beams. It was observed that the ring beams remained stable even following the failure with strong deformation and retained a good residual bearing capacity.
5.3 Evaluation of the trial
As in the SST the jack pressure, ring beam expansion with strain gauges and ring beam deformation were measured optically by 3D and displacement transducers. The normal force was determined as in the SST both by way of the measured pressures in the jacks and by calculation from the expansion. The resistance-yield curve was determined by the normal force from the averaged values of the flat jacks and radial deformation based on the optical 3D measurements.
Figure 8. Comparison of all resistance-yield curves from steel ring beam trials
Behaviour after failure was significantly better than in the SST. No residual bearing capacity was observed in the SST. In contrast, in the RST lining stiffness declined by only 30% after stability failure. At this level the resistance remained constant with increasing deformation. In Fig. 8 the resistance-yield curve from the RST is compared to all SST. It is evident that the required insertion resistance of 400 kN was achieved, after the test conditions were no longer critical. The maximum lining resistance from the RST lies at the same level as that of the single ring beam in the SST. This was because the glide paths had not completely closed and in the end phase a single beam which was supported laterally by the other segments was tested. The single ring beam failed at this point in the same way as in the SST due to stability problems. Besides the failure pattern, maximum lining stiffness was identical to the two SST. The only difference to the SST was the behaviour after failure: despite the enormous deformation the residual lining stiffness remained constant. In contrast to the SST, where two rigid nodes influenced the behaviour after failure, the entire ring was evenly embedded in the RST. Due to even embedding, the ring beam was able to stabilise itself after the one-time decline in resistance at the achieved level.
1711
resi
sten
cia
del s
opor
te
p [M
pa]
deformación radial [m]
Resultadsos de los ensayos in situ
capacidad teórica
capacidad efectiva
diámetro de excavación:8.60 – 9.20 m
diámetro de excavación:9.20 – 13.08 m
en roca favorable en roca fluyente
Secciónes típicas
Conclusiones
Construcción
Análisis estático del túnel
Básico del proycto
Diseño del soporte
Excavación con martillo hidraulico
Grado de los esfuerzos tectónicos
LeyendaGeología
según la perforación exploratorio inclinadapronóstico
Grado de los esfuerzos tectónicos
realidad
según las perforaciones exploratorios
según la excavación del túnel
Perforaciones exploratorios sistemáticos
Manipuladordel soporte
Manipulador para concreto lanzando cestas de trabajo
marco de la máquina
Elevador y apoyo para los segmentos de la boveda
peso total 55 t
carril suspendido
GTA 7500Instalación para el soporte en dirección radial
GTA 7500Instalación para el soporte en dirección radial
Sostenimiento en la pared lateralZona de excavación L1
Anclaje del frente de excavaciónZona de excavacion L1
Recorte de las anclas en el frente
Comportamiento del sistema - tubo este Deformaciones altamente asimétricos en progresiva metro 1600
Comportamiento del sistemaPared lateral altamente deformada
Comportamiento del sistemaMonitoreo de las deformaciones
Con
verg
enci
as Δ
D [c
m]
60
90
30
0
0 0.5 1.0 1.5 2.0
Tiempo [meses]
ΔD
D = 13 m
1D 2D 3D
Comportamiento del sistemaTubo oeste – Convergencias en progresiva metro 1174
50 cm
17 de octubre 2007 - perforación del primer tubo
• Con 9 meses de avance al programma contractual
• Con costos finales debajo del presupuesto
• La excavación se terminó cumpliendo la productividad contractual.(approx. 1.0 m/día)
Conclusiones
Construcción
Análisis estático del túnel
Basico del proycto
Diseño del soporte
• Los escenarios de risegos claramente definidos
• Los supuestos básicos del concepto estructural
• La investigación permanente de la geología
• Un monitoreo sistemático
• Un alto grado de mecanización
• Una supervisión profesional
Condiciones para el éxito
• Plazos cumplidos
• Objetivos de coste cumplidos
• Producción continua y estable
• Ninguna reperfilación
• Cooperación ejemplar
Indicadores para el éxito
Gracias por su atenciónwww.heinzehrbarpartners.com