Keresés    Magyar  Magyar

Vissza

Ossza meg ezt az oldalt:
Facebook Delicious Digg Google Stumble upon

A projekt az Európai Unió támogatásával, a Kohéziós Alap társfinanszírozásával valósul meg.

Az alagútépítés


Korszerű pajzsos alagútépítés alkalmazása a 4-es metrónál

Napjainkban az alagutak a legváltozatosabb kőzetviszonyok között, élővizek alatt, hegységek alatt nagy kőzetnyomásban, városbelsőkben, a pályaudvarok közelében kis takarással épültek. Ezért a legkülönbözőbb pajzstípusok, és építéstechnológiák kialakítása vált szükségessé. Az építési tapasztalatok alapján egyre több újabb megoldás született. Ma már kimondható, hogy a legkülönösebb helyzetek megoldására is van bevált gyakorlati módszer.


Korszerű alagútépítő pajzs és az általa készített tübbinges alagút
Korszerű alagútépítő pajzs és az általa készített tübbinges alagút
Korszerű alagútépítő pajzs és az általa készített tübbinges alagút

A budapesti 4-es metróvonal első szakaszának építésénél tervezett alagútépítő pajzsok is lényegesen különböznek majd a korábban Magyarországon a K-Ny-i, illetve az É-D-i vonalon alkalmazott nyitott homlokú alagútépítő pajzsoktól.

A ma gyártott korszerű alagútépítő pajzsok, amelyek a 4-es metró alagútjainak kiépítésénél számításba jöhetnek, gyakorlatilag minden, hajtás közben előforduló probléma kezelésére alkalmasak, ahogy azt a nemzetközi gyakorlatban a tengerek alatt nagymélységben, folyók alatt, és az Alpok alatti nagynyomású karsztvizeken keresztül sikeresen hajtott alagútépítések igazolják.

Az alagútépítő pajzsokkal szemben támasztott, a részletes feltárások eredményeiből fakadó speciális követelményeinket a majdani kivitelezővel kötött szerződésen keresztül tudjuk és fogjuk érvényesíteni, a helyi adottságoknak megfelelő, szigorúan megfogalmazott, műszaki specifikációban.

Milyen technológiát kell majd alkalmazni?

A pajzstípus kiválasztásának egyik legfontosabb szempontja az, hogy a pajzs az indulási (Kelenföld pályaudvar állomás) és érkezési pont (Keleti pályaudvar állomás) közötti szakaszon harántolandó összes talajfajták fejtésére alkalmas legyen. Mivel a budai oldalon az altalaj áltatában kemény (márga) és vízbetörés sem várható, ezen a szakaszon un. nyitott homlokú, keresztfejtős pajzs is alkalmazásba jöhet. Ezzel szemben a Duna alatt és a pesti oldalon ún. zárt homlokmegtámasztású pajzzsal kell az alagutat kihajtani.

Hasonló talajkülönbség egy alagúton belül máshol is előfordul, emiatt fejlesztették ki a többcélú alagútépítő pajzsokat ("Mixshield", "Polyschield"). Ezeket úgy lehet átalakítani nyitott homlokúról zárt homlokmegtámasztásúra, hogy a pajzsot közben nem kell kiemelni. Ezt az átállítást a 4-es metróvonal esetén a tervező a Szent Gellért tér állomásnál irányozta elő. Innen tehát a pajzsok zárt homlokmegtámasztással haladnak át a Duna alatt és végig a pesti szakaszon. A zárt homlokmegtámasztás biztosíték arra, hogy sem kőzetbetörés, sem nagy mennyiségű, bármilyen eredetű víz nem áraszthatja el a pajzsot.

A pajzs külső szerkezete egy zárt acélhengerből és egy fejtő-homlokmegtámasztó tárcsából áll. A forgó tárcsa fejti a homlok előtti kőzetet, ami a tárcsán lévő szabályozható nagyságú ablakokon át bejut a munkakamrába, mely a pajzs hátsó részétől vízzáró acélfallal van lezárva. A munkakamrában a kifejtett kőzet a bentonitos zaggyal elkeveredik. Onnan a kifejtett földet is tartalmazó zagy csak a zárt szállítócsövön át tud távozni, az alagúton keresztül vezetve, a felszínen lévő szeparátorba. A zárt szállítócső tolózárakkal bármikor lezárható. A friss zagy utánpótlás is zárt csövön jön a felszínről az alagúton át a zárt homlokkamrába. A zagy túlnyomása szabályozható. A szabályozással érhető el a homlokon jelentkező föld és víznyomás ellentartása a mindenkori hidrosztatikus nyomásnak megfelelően.

1. Kőzet környezet 2. Marótárcsa 3. Megtámasztó földpép 4. Vízzáró méretezett acél lezárófal 5. Hidraulikus nyomósajtók 6. Földpép kiszállító csiga 7. Tübbing szerelő erektor 8. Alagútfalazat tübbinggyűrű
1. Kőzet környezet 2. Marótárcsa 3. Megtámasztó földpép 4. Vízzáró méretezett acél lezárófal 5. Hidraulikus nyomósajtók 6. Földpép kiszállító csiga 7. Tübbing szerelő erektor 8. Alagútfalazat tübbinggyűrű

A rendszer azonnal reagál arra is, ha a homlokon hirtelen nagymennyiségű, nyomás alatt álló víz, nevezetesen karsztvíz jelentkezik. A zárt rendszerbe ilyen módon esetleg bekerülő víz legfeljebb azt eredményezi, hogy megnövekszik a kamrában a nyomás. Ez a körülmény azonban nem akadálya a pajzs továbbhajtásának. A pajzs továbbhaladásával együtt jár a homlokon jelentkezett vízér elzáródása. A pajzs és az alagútfalazat együttesen úgy működik, mint egy dugó, amely elzárja a víz útját a pajzs/alagút falán belül.

A pajzs hátsó részén elhelyezkedő erektorral az elemekből álló alagútfalazatot a pajzs faroklemezén belül szerelik össze, gyűrűnként. Az elemek között csavarkapcsolat van és egyúttal olyan gumi, vagy műanyag tömítő rendszer, amely a falazatnak azonnali vízzáróságot biztosít. Víz tehát a falazaton keresztül sem juthat be az alagútba.
 
A pajzsot mindig a legutolsó szerelt elem-gyűrűre támaszkodva nyomják előre a pajzsba beépített sajtók. A pajzs faroklemez és az alagútfalazat közötti hézagot csúszó vízzáró tömítés, és különleges helyzetben egy gyorsan felfújható második vésztömítő gyűrű zárja le.

A pajzs iker-nyomósajtói a pajzs-faroklemez nélkül
A pajzs iker-nyomósajtói a pajzs-faroklemez nélkül

A homlokkamrát leszámítva, a pajzson belül nincs túlnyomás. Az ismertetett rendszer gyakorlatilag kizárja, hogy szivárgási mennyiséget meghaladó vízmennyiség jusson be az alagútba.

A fentitől eltérő, de eredményeit illetően hasonló másik pajzstípus az úgynevezett aktív földmegtámasztású (EPB) pajzs. A homlokot a kifejtett kőzetből és a kondicionáló anyagokból álló földmassza támasztja meg. A fejtés és a kiszállítás megkönnyítése érdekében a kamrában lévő kifejtett földhöz kondicionáló anyagot adnak, amely a szükség szerint lehet víz, bentonit, habképző anyag.

Az EPB pajzs elvi szerkezeti vázlata és a pajzs szerelés közben
Az EPB pajzs elvi szerkezeti vázlata és a pajzs szerelés közben
Az EPB pajzs elvi szerkezeti vázlata és a pajzs szerelés közben

Vízbetöréssel szemben ez a pajzstípus is megfelelő biztosítékot nyújt. A különbség a zagyos, hidro-pajzzsal szemben az, hogy az, hogy itt lassabban történik meg a hirtelen geológiai, hidrogeológiai változásokhoz (vízbetörés) alkalmazkodó nyomásváltozás kiegyenlítése. A pajzs átállítására nyitott keresztfejtős módról EPB módra, a zagyos módszernél ismertetett módon történik.

A közvetlen pajzs előtt 8-10 méterre helyezkedő kőzet helyi feltárása a pajzsköpenyben kialakított tömszelencés szerkezeten keresztül feltáró fúrással történik. Az így közvetlenül megismert kőzetviszonyoknak megfelelően, lehetőség van még időben a megfelelő intézkedések megtételére.

A pajzsköpenyben körben kialakított tömszelencés fúró, injektáló nyílásokon keresztül lehetőség van - ha szükséges - a pajzs köré egy vízzáró köpeny, vagy ernyő injektálására. A fentebb ismertetett zagyos alagútépítési technológia két olyan anyagot hasznát, amely a harántolt kőzettel-karsztvízzel közvetlen érintkezésbe kerülhet: a bentonitos zagy és az alagút hátűrének kitöltése céljából beinjektált cementhabarcs. A betonit, mivel hogy agyagásványokból áll, környezetszennyezést nem jelent, hiszen az adott szakaszon található kőzet is döntően agyag.

A betonitos zagy támasztja meg folyamatosan a pajzs fejtőtárcsája előtti kőzetfalat és gátolja meg az esetleges vízbetörést. A zagy nyomása sűrített levegővel szabályozható. A benyomott zagy, és az elszállított anyag mennyisége ugyancsak folyamatosan ellenőrzött így a káros üregképződés kizárt.

Mivel nincs nagyobb kitámasztó nyomásra szükség, mint a homlokon jelentkező föld- és víznyomás, a rendszer gyakorlatilag folyamatosan egyensúlyban van. Bentonitos zagy csak akkor kerülhetne be az alagút környezetébe, ha a zagyot a szükségesnél nagyobb nyomás alá helyeznék. Ezt azonban a technológiai szabályok és az emberi hibákat kizáró automatikus vezérlés nem engedi.

Az aktív földmegtámasztásos (EPB) rendszernél a marótárcsával kifejtett kőzethez a fejtés és a könnyebb szállíthatóság érdekében kondicionáló, homogenizáló habosító adalékanyagot adnak, ha erre szükség van. Az így kezelt, vagy kezeletlen földanyag zárt csőrendszerben távozik az alagúton keresztül a felszínre. A habképző anyagok nemzetközi gyakorlatban elterjedten használt, környezetbarát anyagok, amelyek kémiailag és biológiailag lebomlanak.

Az alagútfalazatot körülvevő hátűrt gyorsan kötő cementhabarccsal töltik ki, közvetlenül az után, hogy az összeszerelt tübbing-gyűrű a pajzs előresajtolása révén a pajzs faroklemezéből kikerült.

Maga az injektáló habarcs összetétele úgy van megválasztva, hogy az csak nagyobb üregeket tudjon kitölteni, és hogy beinjektálás után a megfelelő időben szabályozottan megkössön. Adalékként kimosás-gátló anyagot is lehet a habarcsba adni. Ez alatt az idő alatt a habarcs legfeljebb az alagút közvetlen közelében lévő kisebb-nagyobb repedéseket, tudja kitölteni, távolabbra nem juthat.

(Egyébként a Gellért fürdő legközelebbi, a termeltetésből 1979-ben kivont I. forráscsoport helyétől az alagút legalább 170 m távolságra van.)

A Duna alatti szakaszon a nagyobb biztonság érdekében az alagútfalazó falazó elemek (tübbingek) csavaros kapcsolata a szokásosnál hosszabb ideig, a mért alagúti konszolidáció befejezéséig, vagy véglegesen is bennmaradhat.

A vízzáró betonból és szulfátálló cementből előregyártott falazó elemek teljes vízzáróságát, a homloklapokon horonyban elhelyezkedő neoprén anyagú szigetelés biztosítja. Másodlagos szigetelésként, és egy esetleges alagúti tűz fellépése eseten a neoprén szigetelés védelmeként a falazó elemek hornyai hő és tűzálló anyag kitöltésével kerülnek kialakításra. Az alagútfalazó elemek (tübbing) kialakítása biztosítja szükség esetén az utólagos vízzáró injektálás lehetőségét.

A fentiekből következtethető, hogy a korszerűen épített zárthomlokú alagútépítő pajzsokkal a gyakorlatban bevált építéstechnológiák, felhasználásával az elektronikus vezérlőrendszer, a pajzsba beépített legújabb geofizikai megfigyelőrendszerek, a kiépített és üzemeltetett karsztvíz megfigyelő monitoring rendszer együttesen alkalmazásával megépíthetők a 4-es metró alagútjai. Megépíthető a különleges helyzetben lévő Duna alatti alagútpár, annak kockázata nélkül, hogy vízbetörés történjen, és a karsztvíz bázis mennyiségileg és minőségileg változzon. Az építéstechnológia biztonságot ad arra, hogy a pesti változó talajviszonyokban is a jelen lévő talajvízben, és a nem nagy mértékű takarás ellenére is minimális felszíni süllyedésekkel, és vállalható építési kockázatokkal építhetők a metrók alagútjai.

A 4-es metró építéstechnológiája kiválasztásának szempontjai

  • A kőzet környezet geológiai, mérnökgeológiai, geotechnikai adottságok
  • A hidrogeológiai viszonyok (talajvíz, rétegvíz, karsztvíz helyzete, tulajdonságai)
  • Az alagút, a műtárgyak feletti takarás mértéke
  • A magassági és vízszintes vonalvezetés (lejtviszonyok, stb.)
  • Az alagút, a műtárgyak geometriája (kitörési szelvény, vonalszakaszok hossza) - Az épített környezet adottságai (felszín beépítettsége, stb.)
  • A természeti környezet szempontjai
  • A humán környezet elvárásai (zaj, rezgések, por, közlekedés, stb.)
  • A gazdaságossági szempontok
  • Az építési idő
  • Az építési és környezetvédelmi előírások (Metró tervezési irányelvek, Országos vasúti szabályzat, hatósági előírások. stb.)

Az alagútépítési technológia kiválasztásának szempontjai alapján, a tervezett nyomvonal felosztása


  • "A" A budai vonalszakasz
  • "B" A Duna alatti átvezetés
  • "C" A pesti vonalszakasz

"A" A budai vonalszakasz
A kőzet a következő építéstechnológiák alkalmazására ad lehetőséget a vonalalagutak építésénél a budai oldalon:

  • Bányászati módszer, lőttbetonos építési technológiával
  • Pajzsos építési technológia
  • Kombinációk

"B" A Duna alatti átvezetés
Ezen a szakaszon zárt homlokú aktív megtámasztású pajzsok két típusának alkalmazása is számításba vehető:

  • Bentonitzagyos-hidropajzs
  • Földmegtámasztású pajzs
  • Kombinált pajzsok ("Polyshield", "Mixshield" stb.)

"C" A pesti vonalszakasz
Ezen a szakaszon - a Duna alatti átvezetéssel megegyezően - zárt homlokú aktív megtámasztású pajzsok alkalmazandók:

  • Bentonitzagyos-hidropajzs
  • Földmegtámasztású pajzs
  • Kombinált pajzsok ("Polyshield", "Mixshield" stb.)