ΜΕΤΑΛΛΙΚΑ ΠΛΑΙΣΙΑ. Α.Ι. Σοφιανός 2012

Transcript

1 ΜΕΤΑΛΛΙΚΑ ΠΛΑΙΣΙΑ Α.Ι. Σοφιανός 2012

2 1. Μεταλλικά πλαίσια 2 Αποτελούν γενικά μια ασυνεχή υποστήριξη που αποτελείται από δακτυλίους οι οποίοι απέχουν μεταξύ τους ώστε να λειτουργούν ανεξάρτητα. Οι μορφές των μερών που τα αποτελούν, προσαρμόζονται στο περίγραμμα του ανοίγματος όσο το δυνατόν περισσότερο. Κατά συνέπεια, όπου το περίγραμμα είναι καμπύλο τα μέρη διαμορφώνονται στην ακριβή μορφή του περιγράμματος. Ο όρος πλαίσιο χαρακτηρίζει τη δύσκαμπτη, ασυνεχή κατά μήκος του υπογείου ανοίγματος, κατασκευή που τοποθετείται στο τοίχωμά του για την υποστήριξή του.

3 2. Τύποι πλαισίων 3 Τα περισσότερα από τα πλαίσια μπορούν να χρησιμοποιηθούν για προστασία, υποστήριξη, ή ενίσχυση σύμφωνα με τον τύπο της βραχομάζας και το μέγεθος του ανοίγματος. Διακρίνονται σε: Βαριά Πλαίσια Ελαφρά Πλαίσια

4 2.1 Βαριά πλαίσια από μορφοχάλυβα 4 Αυτά χρησιμοποιούνται γενικά για υποστήριξη ή ενίσχυση. Λόγω της μεγάλης ροπής αδράνειάς τους, μπορούν, στις περισσότερες περιπτώσεις, εάν στηρίζονται και τακάρονται σωστά, να καθυστερούν και περιορίζουν τις παραμορφώσεις της περιβάλλουσας γεωμάζας Τα πλαίσια συντίθενται από, πρότυπες δοκούς μορφοχάλυβα διατομής απλής ή σε ζεύγος, από δικτυώματα μορφοχάλυβα, και από αρθρωτές δοκούς.

5 2.1.1 Πρότυπες διατομές 5

6 Δοκοί HEB 6

7 7 Πλαίσια στήριξης πεπλατυσμένου ανοίγματος

8 8 Φρέαρ. Υποστήριξη με μεταλλικά πλαίσια τύπου HEB

9 Τυπικά άκαμπτα χαλύβδινα τόξα 10

10 Σήραγγα Τ2 του οδικού άξονα Ε65 11

11 12 ΣΗΡΑΓΓΑ ΑΙΓΙΟΥ ΟΛΟΣΩΜΑ ΜΕΤΑΛΛΙΚΑ ΠΛΑΙΣΙΑ Τα τόξα τοποθετούνται σε κάθε βήμα εκσκαφής για κάθε κατηγορία, κατά μήκος του άξονα της σήραγγας και συνδέονται μεταξύ τους με ράβδους Φ25 από χάλυβα B500C σε διάφορες στάθμες καθ' ύψος. Η ενσφήνωσή τους στις παρειές γίνεται με εκτοξευόμενο σκυρόδεμα, το οποίο πρέπει να τα καλύπτει εξ ολοκλήρου μετά την τοποθέτησή τους. Η διατομή των σιδηροδοκών είναι ΗΕΒ 120 και 140 για τις διατομές A, B, C και D, από χάλυβα S235JRG2. Στο εργοτάξιο προσκομίζονται σε τεμάχια καμπυλωμένα τα οποία συνδέονται μεταξύ τους μέσω μετωπικών ελασμάτων πάχους 15mm και κοχλιοφόρων ήλων Μ30. Στις κατηγορίες C και D, προβλέπεται διάταξη διεύρυνσης της περιοχής θεμελίωσης των πλαισίων στην άνω ημιδιατομή της σήραγγας καθώς και διαμήκεις οπλισμοί για την επίτευξη "γεφυρωμένης" στατικής λειτουργίας, στα διαστήματα μεταξύ των πλαισίων.

12 13 ΣΗΡΑΓΓΑ ΑΙΓΙΟΥ Μεταλλικά πλαίσια υποστήριξης

13 14 ΣΗΡΑΓΓΑ ΑΙΓΙΟΥ Μεταλλικά πλαίσια υποστήριξης

14 15 ΣΗΡΑΓΓΑ ΑΙΓΙΟΥ Μεταλλικά πλαίσια υποστήριξης

15 2.1.2 Δικτύωμα 16

16 Σχεδίαση δικτυώματος 17 Παραχώρηση, Βάγιας

17 Λεπτομέρειες 18 Παραχώρηση, Βάγιας

18 Φορέας στη θέση του 19 Παραχώρηση, Βάγιας

19 Άνωψη 20 Παραχώρηση, Βάγιας

20 Σκυροδετημένος φορέας 21 Παραχώρηση, Βάγιας

21 2.1.3 Αρθρωτά πλαίσια 22

22 2.2 Ελαφρά πλαίσια 23 Είναι πολύ ευκολότερα στον χειρισμό από τα βαριά πλαίσια και μπορούν να χρησιμοποιηθούν είτε για προστασία μόνο είτε για υποστήριξη της βραχομάζας. Οι τύποι ελαφρών μεταλλικών πλαισίων περιλαμβάνουν ολισθαίνοντα πλαίσια, ελαφρές διατομές, πλαίσια από πτυχωμένα μεταλλικά φύλλα, και δικτυωτά πλαίσια.

23 2.2.1 Μεταλλικά ολισθαίνοντα τόξα 24 Συνήθη ολισθαίνοντα πλαίσια για σήραγγες και στοές (British Steel)

24 Αρχή λειτουργίας των 25 ολισθαινόντων τόξων

25 Αριστερά: Διατομή Toussaint-Heinzmann Δεξιά:Τ-Η 48, βάρους 16kp/m 26

26 27 Υποχωρούσα υποστήριξη (British Steel)

27 Δοκοί TH 28 M[ kg/ m] D[ m]

28 Συνδέσεις για ανάστροφη & κανονική κάμψη TH 33

29 Μη ενδίδουσες συνδέσεις για δοκούς TH 34

30 Ενδοτικό χαλύβδινο στοιχείο ενσωματωμένο στη στήριξη. 35

31 Ολισθαίνοντα στοιχεία 36

32 37 Σύγκριση υποχωρούντων και άκαμπτων χαλύβδινων τόξων Τα υποχωρούντα είναι ακριβότερα, έχουν διαμήκη αντίσταση, ικανά να υποχωρούν,, να αποσυναρμολογούνται, εξαιρετική αντοχή των συνδέσεων, υψηλή τιμή φορτίου αστοχίας, δεν μπορούν να συνδεθούν με άλλες δοκούς. Ολισθαίνοντα ή ελαφρά πλαίσια, μόνα τους ή σε συνδυασμό με εκτοξευόμενο σκυρόδεμα, αλλά δίχως ηλώσεις, δεν χρησιμοποιούνται για τη διάνοιξη υπόγειων έργων που έχουν άνοιγμα που υπερβαίνει τα 6 έως 8 m.

33 2.2.2 Ελαφρές διατομές 38 Ελαφρές διατομές ή ράγες, μπορούν να ταξινομηθούν ως ελαφρά λόγω της σχετικά χαμηλής ροπής αδρανείας τους. Αυτή είναι η περίπτωση κάποιων διατομών, όπως οι U από 10 έως 20 kg/m και οι ανακυκλωμένες ράγες. Διαμορφώνονται, αποτελούμενες από ένα στοιχείο για σήραγγες μικρής διατομής (<15m 2 ) ή από περισσότερα στοιχεία, που συνδέονται στον κορμό, για σήραγγες μέσης διατομής (15 έως 35 m 2 )

34 39 Χαρακτηριστικά στοιχεία διαφόρων διατομών

35 2.2.3 Πτυχωτά φύλλα 40 Είναι πτυχωμένα εν ψυχρώ φύλλα, ελαφριά (5 έως 10 kg/m) και λεπτά (2 έως 4 mm). Καμπυλώνονται στην ακτίνα εκσκαφής, και τοποθετούνται κατά μήκος της περιφέρειας. Προστατεύουν από αποφλοιώσεις ή μεμονωμένες πτώσεις τεμαχών. Συμβάλουν και στην υποστήριξη όταν το κενό γεμίζει με έγχυτο σκυρόδεμα ή λιθορριπή. Είναι κατάλληλα για σήραγγες που έχουν μέσο μέγεθος διατομής (15 έως 35 m 2 ).

36 Πλάκες επένδυσης με 2 ή 4 φλάντζες 41

37 Συνδέσεις για 2 φλάντζες 42

38 Ειδικά σχήματα πλακών 43

39 44 Πλάκες με δύο φλάντζες για την αντιστήριξη φρέατος

40 Μεταλλικές πλάκες-σύμεικτοι φορείς 45 Παραχώρηση, Βάγιας

41 Άνωψη μεταλλικών πλακών 46 Παραχώρηση, Βάγιας

42 Ολοκληρωμένη κατασκευή 47 Παραχώρηση, Βάγιας

43 2.2.4 Δικτυωτά πλαίσια 48 Τα δικτυωτά πλαίσια είναι δικτυώματα ράβδων, ο όρος "δικτυωτό" αναφέρεται σε μεταλλικό φορέα αποτελούμενο από ράβδους. Μπορούν να θεωρηθούν ως πλαίσια σκυροδέματος επειδή δεν χρησιμοποιούνται ποτέ μόνα τους αλλά για να ενισχύσουν το σκυρόδεμα. Λειτουργούν ως οπλισμός νεύρωσης, στην οποία οι 3 ή 4 διαμήκεις ράβδοι, που τον αποτελούν, κάμπτονται στο σχήμα της εκσκαφής.

44 Δικτυωτοί φορείς 3 & 4 ράβδων 49

45 Δικτυωτό πλαίσιο σε συνδυασμό με πλέγμα 50 Τομή

46 Σύνδεση Δικτυωτών πλαισίων 51

47 52 Δικτυωτά μεταλλικά πλαίσια Σύνδεση

48 Σήραγγα Τ2, οδικού άξονα Ε65 53

49 56 Σήραγγα Τ2, οδικού άξονα Ε65 Σύνδεση τμημάτων

50 57 ΣΗΡΑΓΓΑ ΠΛΑΤΑΝΟΥ Δικτυωτά μεταλλικά πλαίσια

51 ΣΗΡΑΓΓΑ ΠΛΑΤΑΝΟΥ Τοποθέτηση δικτυωτών πλαισίων 58

52 59 ΣΗΡΑΓΓΑ ΠΛΑΤΑΝΟΥ Δικτυωτά μεταλλικά πλαίσια

53 Βιομηχανική κατασκευή - Καλύμπρα 60

54 61 Δικτυωτά μεταλλικά πλαίσια Κατασκευή

55 Πλεονεκτήματα των δικτυωτών φορέων 67 Επιτρέπει καλύτερο έλεγχο προφίλ της εκσκαφής. Επιτρέπει καλύτερο έλεγχο πάχους σκυροδέματος. Εξασφαλίζει σωστή τοποθέτηση των πλεγμάτων. Μεγαλύτερη ικανότητα φόρτισης της επένδυσης. Κέλυφος σκυροδέματος πιο όλκιμο Άμεση υποστήριξη οροφής στο μέτωπο εκσκαφής Παρέχει στήριγμα σε δοκίδες προπορείας. Πρακτική υποστήριξη για εύρος συνθηκών Δύναται να αναρτηθεί σε λίγα λεπτά από συνεργείο λίγων ατόμων, χωρίς να απαιτεί ειδικό εξοπλισμό

56 3 Στοιχεία ολοκλήρωσης 68 Το πλαίσιο συμπληρώνεται από στοιχεία που εξασφαλίζουν την απαραίτητη διάδραση μεταξύ παραμορφώσεων πλαισίου και του εδάφους και διανέμουν δυνάμεις επαφής ώστε οι παραμορφώσεις να παραμένουν συμβατές. Είναι: η κάλυψη, η προπασσάλωση, η στερέωση και σφήνωση, η διαμήκης σύνδεση και η έδραση των πλαισίων, κλπ.

57 3.1 Κάλυψη και προπασσάλωση 69

58 Πλάκες Μεταλλικές Bernold 70

59 Πλάκες προπορείας (lagging) 72

60 Τοποθέτηση πλακών επένδυσης 73

61 74 Τύποι συναρμολόγησης

62 75 ΣΗΡΑΓΓΑ ΑΙΓΙΟΥ Πλαίσια κάτω από δοκούς προπορείας

63 3.2 Στοιχεία έδρασης των πλαισίων 76 Μορφή εξαρτάται από τύπο πλαισίου και φέρουσα ικανότητα εδάφους. Στα βαριά μεταλλικά τόξα, το έδρανο είναι δοκός κατά μήκος της σήραγγας. Στο πλαίσιο επίπεδη πλάκα ή U. Στα ελαφρά, μεταλλικά στοιχεία διαμορφώνεται πέλμα έδρασης σε έδαφος, ξύλινες σφήνες ή δοκούς. Σε ψηλές σήραγγες, σε στάδια, διεύρυνση για σταθερότητα κατά την εκσκαφή της επόμενης φάσης. Όταν μεγάλες οριζόντιες πιέσεις ή διόγκωση, αντηρίδες ενώνουν τα εκατέρωθεν πόδια.

64 77 ΣΗΡΑΓΓΑ ΑΙΓΙΟΥ Μεταλλικά πλαίσια υποστήριξης

65 Σήραγγα Τ2, οδικού άξονα Ε65 Πλάκες έδρασης 78

66 Σιδηροδρομικές σήραγγες Κακιάς Σκάλας Έδραση σε τσιμεντόλιθους & υποσκαφή 79

67 80 Σήραγγα Τ2, οδικού άξονα Ε65 Λεπτομέρεια συγκόλλησης

68 81 Σήραγγα Τ2, οδικού άξονα Ε65 Πλάκα έδρασης στη διεύρυνση

69 82 ΣΗΡΑΓΓΕΣ ΑΙΓΙΟΥ & ΤΡΑΠΕΖΑΣ Διευρύνσεις έδρασης

70 83 ΣΗΡΑΓΓΑ ΤΡΑΠΕΖΑΣ Υποσκαφή πλαισίων κατά την 2 η φάση

71 84 Σήραγγα Τ2, οδικού άξονα Ε65 Μεταλλική πλάκα έδρασης

72 85 ΣΗΡΑΓΓΑ ΤΡΑΠΕΖΑΣ Δικτυωτά μεταλλικά πλαίσια

73 86 ΣΗΡΑΓΓΑ ΠΛΑΤΑΝΟΥ Τοποθέτηση Δικτυωτών πλαισίων

74 3.3 Διαμήκεις σύνδεση 87 Για την εξασφάλιση διαμήκους διασύνδεσης και δυσκαμψίας των πλαισίων και αποτροπή λυγισμού. Μπορεί να είναι: στρογγυλές ράβδοι με καμπυλωμένα άκρα. στρογγυλές ράβδοι που εισέρχονται σε διατρήματα. λωρίδες ή πρότυπες διατομές (γωνίες ή U).

75 Διαμήκεις σύνδεσμοι 88

76 Σήραγγα Τ2, Ε65-Διατομές HEB

77 91 ΣΗΡΑΓΓΑ ΤΡΑΠΕΖΑΣ Ράβδοι σύνδεσης διαδοχικών πλαισίων

78 92 ΣΗΡΑΓΓΑ ΠΛΑΤΑΝΟΥ Ακολουθία Μεταλλικών πλαισίων

79 93 ΣΗΡΑΓΓΑ ΠΛΑΤΑΝΟΥ Δικτυωτά μεταλλικά πλαίσια

80 3.4 Σφήνωμα στο πέτρωμα 95 Για την αξιοποίηση της αντοχής των τόξων, τα σημεία της επαφής με το έδαφος πρέπει να είναι επαρκώς κοντά μεταξύ τους και στιβαρά. Στις περισσότερες περιπτώσεις, οι ξύλινες ή μεταλλικές σφήνες τοποθετούνται στο εξωράχιο του πλαισίου και το πάχος τους εξαρτάται από την υπερεκσκαφή. Οι σφήνες μπορούν να είναι κομμάτια ξύλου ή φύλλα χάλυβα. Η πλήρης σφήνωση επιτυγχάνεται και με τον εγκιβωτισμό στο σκυρόδεμα.

81 Μείωση της μέγιστη τάσης στο πλαίσιο με την πύκνωση της σφήνωσης 96

82 Σιδηροδρομικές σήραγγες Κακιάς Σκάλας Τοποθέτηση πλαισίου 97

83 Σιδηροδρομικές σήραγγες Κακιάς Σκάλας 98 ΣΣ3 Τοποθετημένο πλαίσιο

84 99 Σιδηροδρομικές σήραγγες Κακιάς Σκάλας - Σκιές

85 Σιδηροδρομικές σήραγγες Κακιάς Σκάλας ΣΣ1 Κατάπτωση & ευσταθής οροφή 101

86 Σιδηροδρομικές σήραγγες Κακιάς Σκάλας Πλήρωση κενού θόλου 102

87 4. Διαστασιολόγηση των πλαισίων 103

88 4.1 Βαρυτική φόρτιση 104 Η φόρτιση αυτή οφείλεται στο βάρος της χαλαρωμένης βραχομάζας πάνω από τη σήραγγα, το οποίο συγκρατούν τα πλαίσια

89 Χαρακτηριστική καμπύλη υποστήριξης πλαισίου από πρότυπη διατομή H 105

90 Σύγκριση κατανομών φόρτισης 106

91 Ημιτονική φόρτιση 107 Επίδραση του ανοίγματος των ποδιών Καμπύλες φέρουσας ικανότητας

92 Φορτία κατάρρευσης πρότυπων διατομών p D =(100-RMR)/100 (γ D 2 ); p C,HEBi =fn(a i, W i, D, f y ) 108

93 Διαγράμματα AFTES Διατομή σήραγγας. Κυκλική ή πέταλο < 20 %. 2. Απόσταση πλαισίων ή 0.80 m. 3. Ενεργός οριζόντια πίεση. K = Μέγιστη τάση χάλυβα. 120 MPa και 160 MPa 5. Κάλυψη. Δεν αναλαμβάνει φορτία. 6. Όριο καμπυλότητας. Η ελάχιστη 11.5 επί ύψος h δοκού. Ελάχιστη διάμετρος σήραγγας, είναι 23h. 7. Όριο λυγισμού. Εξασφαλίζεται με μέγιστη διαμέτρο σήραγγας για ακτίνα αδρανείας r δοκού, σε 200r.

94 4.2 Φόρτιση αποτόνωσης 110 Η φόρτιση αυτή οφείλεται στην αντίσταση του πλαισίου στη σύγκλιση της σήραγγας λόγω της αποτόνωσης της γεωμάζας που προκαλεί η εκσκαφή της p D / A/ s l 2

95 5.1 Παραδείγματα 111 Πέλμα Κορμός Εγγύτερες διατομές ΗΕΒ-ΗΕΜ Διατομή b t (mm 2 ) d w (mm 2 ) (δεν είναι όλες πρότυπες) Η1 76x x 8.9 HEB75 Η2 89x x 9.5 HEB90 Η3 102 x x 9.5 HEB100 Η4 114x 10.7 l14x 9.5 HEB115 Η5 114 x x 10.2 HEM110 Η6 127 x x 10.2 HEM120