Priopćenja 4. Savjetovanja HGD-a, Ojačanje tla i stijena, Opatija, 5.-7. listopada 2006. 143 Povratne numeričke analize u tunelu Pećine Numerical back-analyses for the Pećine tunnel M.S. Kovačević & I. Arapov Građevinski fakultet Sveučilišta u Zagrebu, Zagreb P.Lušo MPV d.o.o. Zagreb R. Kuželički Rijeka Projekt Inženjering d.o.o. Rijeka SAŽETAK: Povratne numeričke analize u kombinaciji sa geotehničkim mjerenjima i opažanjima, omogučavaju da se ustanove stvarne mehaničke karakteristike tla u kome se izvodi podzemni iskop, verificiraju ili modificiraju karakteristike elemenata primarnog podgradnog sustava, predviđene duljine napredovanja, procijenjeno vrijeme stabilnosti nepodgrađenih raspona, kao i vremena i redoslijeda izvođenja svih radova na stabilizaciji iskopa. Tunel Pećine izvodi se na državnoj cesti D404 u samom središtu grada Rijeke. Dug je 1260 m i izvodi se dijelom kao trotračni, a dijelom kao četverotračni. Maksimalna visina nadsloja iznad tunelske cijevi iznosi 30 m. U radu su prikazane povratne numeričke analize iskopa i podgrađivanja u tunelu Pećine koje su provedene na temelju rezultata mjerenja pomaka tla oko podzemnog otvora kliznim deformetrima na prijelazu iz trotračne u četverotračnu dionicu. Rezultati mjerenja i povratne analize na kraju trotračne dionice poslužili su za optimalizaciju svih mjera podgrađivanja u početnom dijelu četverotračne dionice. Ključne riječi: tunel, numeričke analize, geotehnička mjerenja ABSTRACT: Back numerical analyses, combined with geotechnical measurements and monitoring, give the possibility to establish real mechanical characteristics of the ground where the underground excavation is carried out, and to verify or modify characteristics of primary lining support system elements, predicted progress length, estimated stability time of non-support span, as well as time and sequence of the implementation of all excavation stabilization works. The Pećine tunnel is constructed on the D404 state road at the center of the city of Rijeka. It is 1260 m long and one part of it is constructed as a three-lane, and the other part as a four-lane tunnel. Maximum height of the overburden above the tunnel tube is 30 meters. This paper shows back numerical analyses of excavation and lining support system in the Pećine tunnel that have been conducted based on ground movement measurement results around the underground opening with sliding deformeters going over from a three-lane to a four-lane section. Measurement results and back analyses at the end of the three-lane section were used for the optimalisation of all lining support system measures in the first part of the four-lane section. Key words: tunnel, numerical analyses, geotechnical measurements
144 1 UVOD Numeričke analize kod kojih se parametri materijala mijenjaju u skladu s rezultatima geotehničkih mjerenja i opažanja u stručnom žargonu nazivaju se povratne analize. Princip povratnih analiza je taj da se za pretpostavljene karakteristike materijala izračuna stanje naprezanja i deformacija te da se izračunato stanje usporedi s mjerenim stanjem na terenu. Kako se u većini slučajeva za pretpostavljene parametre rezultati proračuna ne slažu s mjerenjima potrebno je mijenjati karakteristike materijala sve dok se izračunate i izmjerene vrijednosti ne poklope s inženjerski zadovoljavajućom točnošću. Tuneli se pretežno izvode u stijenskom materijalu različite krutosti i čvrstoće. Procjena deformabilnosti i čvrstoće predstavlja osnovni problem kod provođenja numeričkih analiza osiguranja stabilnosti podzemnih otvora. Stijena je heterogena, anizotropna, razlomljena i diskontinuirana. Laboratorijska ispitivanja na uzorcima jezgre ne reprezentiraju ponašanje stijenske mase većeg volumena. Kao takva onemogućavaju dobivanje reprezentativnih parametara za proračun. Ispitivanja čvrstoće stijenske mase in situ rijetko je praktično ili ekonomski moguće. Deformacijske karakteristike i čvsrtoća stijenske mase određuju se na temelju rezultata klasificiranja stijenske mase od kojih je najzastupljenija RMR klasifikacija (Bieniawski, 1989). Klasifikacija se temelji na bodovanju, pri čemu su različitim parametrima pridružene različite numeričke vrijednosti ovisno o njihovom značaju, odnosno utjecaju na čvrstoću i deformabilnost. Bodovi se sumiraju i ukupna suma daje vrijednost RMR. Koristeći dobiveni RMR određuju se potrebni parametri čvrstoće i deformabilnosti (Bieniawski, 1979; Hoek & Brown, 1980; Serafim and Pereira, 1983; Hoek, 1983; Hoek & Brown, 1988; Hoek, Wood & Shah, 1992; Hoek & Brown, 1997; Hoek, Carranza-Torres & Corkum, 2002; Hoek, 2004). Obzirom da se svi parametri RMR klasifikacije (jednoosna tlačna čvrstoća, RQD indeks, razmak pukotina, stanje pukotina, uvjeti podzemne vode i orijentacija pukotina) ne mogu jednoznačno izmjeriti ili procijeniti za veći volumen stijenske mase, jasno je da će određivanje parametara za proračun preko RMR-a, u velikom broju slučajeva, biti opterećeno znatnom razinom nepouzdanosti odnosno rizika. Kod izvođenja tunela odnosno podzemnih građevina povratne analize imaju izniman značaj i sastavni su dio koncepta interaktivnog projektiranja. Pomoću njih se verificiraju ili modificiraju karakteristike elemenata primarnog podgradnog sustava, predviđene duljine napredovanja, procijenjeno vrijeme stabilnosti nepodgrađenih raspona, kao i vremena i redoslijeda izvođenja svih radova na stabilizaciji iskopa. 2 NUMERIČKO MODELIRANJE U TUNELOGRADNJI Izvođenjem tunela, uz predložene elemente primarnog podgradnog sustava te faze iskopa i podgrađivanja s prethodno odabranim napredovanjima, dolazi do preraspodjele naprezanja sa stijenskog masiva na podgradu. Primarna podgrada nije konstrukcija koja treba preuzeti opterečenje od stijene, već u interakciji sa stijenskom masom predstavlja dio konstruktivnog sustava. Deformacije masiva, izazvane napredovanjem iskopa, mjenjanju primarno stanje naprezanja u masivu i uzrokuju naprezanja u primarnoj podgradi. Ta naprezanja ovise, među ostalim, o odnosima krutosti masiva i podgrade, te o obliku i veličini poprečnog tunelskog presjeka. Raspoložive računske metode u geotehnici, linearne i nelinearne konstitucijske jednadžbe te 2D i 3D modeli uz uporabu razvijenih kompjutorskih programa (FLAC, PLAXIS) mnogo su razvijeniji i sofisticiraniji nego što je poznavanje i opisivanje geotehničkih svojstava materijala koji ulaze u model. Ne treba posebno naglašavati da su rezultati proračuna izrazito ovisni o odabranom modelu i vrijednostima mjerodavnih geotehničkih parametara. Stojković (2005) nakon iscrpne analize uporabivosti numeričkog modeliranja u tunelogradnji iznosi zaključak da danas ne postoje jasne preporuke kada i kako primijeniti numeričko modeliranje pri rješavanju problema u mehanici stijena što je ujedno i osnovna zapreka rutinskom korištenju numeričkih modela u projektiranju na predmetnom području. Whyatt i Julien (1988) su izdvojili četiri načina korištenja numeričkih modela u geotehničkom projektiranju na području mehanike stijena i to kao: konačnog i krajnjeg projektnog oruđa, metode posljednjeg utočišta, pomoći u prosuđivanju i kalibracijskih modela, pozivajući eksperte mehanike stijena da definiraju uvjete pri kojima je primjena
145 pojedinih pristupa optimalna. Na osnovu dosadašnjih iskustava u primjeni numeričkih metoda pri projektiranju tunela u stijenskim masama Sojković (2005) zaključuje slijedeće: Korištenje numeričkih metoda kao konačnog i krajnjeg projektnog oruđa za predviđanje ponašanja geotehničkih konstrukcija je u mehaniku stijena uvezeno iz drugih mehanika zajedno s numeričkim metodama. Metoda posljednjeg utočišta koristi numeričko modeliranje kao osnovu za projektiranje u slučajevima kada ne postoje empirijska rješenja odnosno kada se vrše predviđanja koja su izvan dometa empirijskih metoda. U tunelogradnji se navedeni pristup koristi npr. za analize naprezanja i deformacija pri simulaciji višefaznih podzemnih iskopa. Takve analize mogu kvalitativno ukazati na eventualne probleme prilikom prelaza iz jedne faze iskopa u drugu u uvjetima djelomične stabilizacije iskopa. Korištenje numeričkih metoda kao pomoći u prosuđivanju je u tunelogradnji u stijenskim masama najprimjereniji pristup. Numeričko modeliranje je moćno i jeftino oruđe koje projektantima omogučuje bolje razumijevanje problema i time kvalitetnije prosuđivanje. Često puta, kod projektantu poznatih problema, numerički modeli u biti neće poboljšati prosudbu, ali će u projektu dokazati ispravnost prosudbe. Kalibracijski modeli, odnosno provratne analize su numerički modeli koji se usklađuju s rezultatima mjerenja tijekom izvedbe. Iz svega navedenog može se preporučiti da projekt treba otpočeti jednostavnim modelom kojim se procjenjuje ponašanje sredine. Prilagođavanjem iskopa i primarnog osiguranja tijekom napredovanja, a na temelju stvarnog ponašanja dobivenog analizom rezultata geotehničkih mjerenja proračunski model može se usavršiti odnosno dopuniti i približiti stvarnim okolnostima. 3 GEOTEHNIČKA MJERENJA U TUNELOGRADNJI Geotehnička mjerenja u kombinaciji s povratnim numeričkim analizama predstavljaju temeljni dio koncepta interaktivnog projektiranja (Kovačević, 2003) ili II. faze projektiranja kako se u našoj tunelskoj praksi naziva interaktivno projektirnje. Mjerenja u tunelogradnji se općenito dijele u tri skupine (John 1977): 1. Kontrolna mjerenja koja prate deformacije podzemnog iskopa u cilju osiguranja radnika i konstrukcije. 2. Podgradna mjerenja koja prate pomake stijenske mase oko podzemnog iskopa i deformacije i naprezanja u elementima podgradnog sklopa u cilju optimalizacije svih mjera na iskopu i stabilizaciji iskopa. 3. Stabilizacijska mjerenja koja prate deformacije i naprezanja sekundarne betonske obloge u cilju dokaza stabilnosti tunela. Veliki broj mjernih instrumenata, od vrlo jednostavnih do veoma sofisticiranih razvijeni su za potrebe geotehničkih mjerenja. Najčešće korišteni mjerni instrumenti u tunelogradnji su oni za mjerenje pomaka (geodetski instrumenti), rotacije odnosno naginjanja (klinometri), uzdužnih i poprečnih deformacija duž bušotine (inklinometri, ekstenzometri, klizni deformetri, klizni miktometri), naprezanja u elementima podgradnog sustava (mjerna sidra, tlačne ćelije, kratki deformetri) te mjerenje pritiska podzemne vode (piezometri). 3.1 Geodetska mjerenja Kontrolna mjerenja konvergencije provode se u cilju osiguranja građevine i radnika tokom iskopa i podgrađivanja. Osnovu čine optička trodimenzionalna mjerenja deformacija podzemnog iskopa. Kontrolni mjerni profil sastoji se od 5 mjernih točaka fiksiranih za tunelsku podgradu. Mjerenja sa vrše geodetskim elektronskim teodolitom u okviru integralnog praćenja tunela. Mjerenja se obavljaju do potpunog prestanka pomaka. Potrebna točnost mjernog instrumenta treba biti ± 1 mm. Geodetska mjerenja koriste se i za mjerenja pomaka površine tla, kao i pomaka, odnosno naginjanja objekata.
146 3.2 Inklinometri Inklinometri se koriste za podgradna mjerenja horizontalnih pomaka tla s površine terena prije, za vrijeme i nakon prolaska čela tunela kraj mjernog profila. Mjerenje se zasniva na mjerenju relativnih kuteva zaokreta u tlo ugrađenih PVC cijevi koje ujedno služe i za mjerenje kliznim mikrometrom. Cijevi se injektiranjem ugrađuju u izvedene bušotine. Točnost inklinometra u terenskim uvjetima iznosi ± 0.1 mm/m. Princip mjerenja inklinometrom prikazan je na slici 1. Pomoću ojačanog električnog kabela inklinometarska sonda spušta se na dno bušotine. Inklinometarske cijevi imaju na sebi urezana dva para vodilica koje omogučavaju vođenje inklinometra bez zakretanja. Inklinometar na sebi ima ugrađene kotače koji ulaze u vodilice inklinometarski cijevi. Ugrađeni gravitacijski senzor mjeri kut zaokreta inklinometarske sonde u odnosu na prostornu vertikalu. Povlačenjem sonde prema vrhu te očitanjem na svaki metar dobivaju se kutevi zaokreta inklinometarske cijevi u odnosu na vertikalu. Integriranjem kuteva zaokreta dobivaju se horizontalni pomaci inklinometarske cijevi. Uređaj za očitanje L sin Kabel za povlačenje L sin Inklinometar Prostorni položaj inklinometarske cijevi Udaljenost između susjednih očitanja L Prostorna vertikala Spojnice Bušotina Mjerna cijev Injekcijska smjesa Bušotina Mjerna cijev Vodilice Injekcijska smjesa Inklinometar Kotači inklinometra Slika 1.Princip mjerenja inklinometrom 3.3 Klizni mikrometri i klizni defometri Klizni mikrometri i klizni deformetri koriste se za podgradna mjerenja vertikalnih deformacija tla s površine terena prije, za vrijeme i nakon prolaska čela tunela kraj mjernog profila kao i za mjerenja deformacija tla oko podzemnog otvora. Mjerenje se zasniva na mjerenju relativnih deformacija u tlo ugrađenih specijalnih PVC cijevi. Cijevi su duljine 1 m i spajaju se specijalnim spojnicama. Spojnice se teleskopski deformiraju i tako omogučavaju mjerenje relativnih deformacija. Cijevi se injektiranjem ugrađuju u izvedene bušotine. Točnost kliznog mikrometra u terenskim uvjetima iznosi ± 0.003 mm/m a kliznog deformetra ± 0.003 mm/m. Princip mjerenja prikazan je na slici 2. Deformetar se klizanjem uvlači u mjernu cijev do prvog para teleskopskih spojnica. U kliznom položaju deformetar se može nesmetano kretati između spojnica. Zakretanjem za 45 0 deformetar dolazi u mjerni položaj. Povlačenjem deformetra aktivira se mjerni senzor kojim se mjeri razmak između spojnica. Nakon očitanja deformetar se zakreće u klizni položaj i pomjera do slijedećeg para spojnica. Na taj način očitavaju se razmaci između svih ugrađenih spojnica. Prvo mjerenje ujedno je i referentno mjerenje. Deformacijom tla mjenjaju se međusobni razmaci spojnica. Ponovno mjerenje razmaka spojnica rezultira relativnim deformacijama mjerne cijevi na metar dužine. Integriranjem relativnih deformacija izračunavaju se pomaci tla.
147 Zaštitni poklopac Teleskopska spojnica Mjerni položaji mikrometra Mikrometar Mjerna cijev Injekcijska smjesa Mjerna cijev Tlo, stijena ili beton 1 m 1 m Slika 2.Princip mjerenja kliznim mikrometrom 3.4 Tlačne ćelije Mjerenje naprezanja na kontaktu tla i primarnog podgradnog sklopa i mjerenje naprezanja u mlaznom betonu vrši se tlačnim ćelijama. Za mjerenje radijalnih naprezanja između tla i podgrade koriste se tlačne ćelije mjernog područja do 50 bara, a za mjerenje tangencijalnih naprezanja u podgradi od mlaznog betona koriste se tlačne ćelije mjernog područja do 200 bara. Princip mjerenja prikazan je na slici 3. Tlačnim ćelijama mjeri se komponenta pritiska, okomita na pravac pružanja tlačne ćelije (σ). Ćelija, posebno izrađenog oblika, ispunjena je uljem ili komprimiranim zrakom. Mjerna jedinica, osim urađaja sa očitavanje tlaka, opskrbljena je tlačnom pumpom, kojom se pomoću dovodnih vodova, tlak dovodi do kompenzacijske jedinice pomoću koje se registrira izjednačavanje tlaka ulja u ćeliji (p) sa vanjskim tlakom (σ). Slika 3.Princip mjerenja tlačnim ćelijama Kompenzacijska jedinica opskrbljena je elastičnom membranom koja razdvaja tlačnu ćeliju od mjerne jedinice. Elastična membrana ima ulogu električnog prekidača, jer je električnim vodom spojena na mjernu jedinicu. Ako je tlak ulja u ćeliji (p) veći od vanjskog tlaka (p ext ) koji se pumpanjem dovodi do kompenzacijske jedinice, membrana je u nenapetom stanju i zatvara kolo struje, a to se na mjernoj jedinici registrira upaljenom pomoćnom lamicom. Pumpanjem se vanjski tlak povećava i napinje membranu. Kada vanjski tlak (p ext ) postane veći od tlaka ulja u ćeliji, membrana se deformira i prekida kolo struje. U tom trenutku gasi se pomoćna lampica i registrira vrijednost vanjskog tlaka. Taj vanjski tlak je upravo jednak pritisku okolnog medija na tlačnu ćeliju (p ext = σ).
148 4 POVRATNE NUMERIČKE ANALIZE U TUNELU PEĆINE Tunel Pećine ukupne dužine 1260 m izvodi se na dionici A - E1 državne ceste D 404 (GMC 105) koja je kategorizirana prema GUP-u Rijeke kao glavna gradska magistralna prometnica u istočnom dijelu grada Rijeke. U tunelu je predviđen trotračni cestovni profil u dužini od 773 m i četverotračni cestovni profil u dužini od 487 m. Tunel "Pećine" sa portalnom građevinom čini 40.79 % duljine trase. Na dionici tunela "Pećine" teren je stjenovit sa slojem nekoherentnog i koherentnog pokrivača debljine do 2 m, a mjestimično i više. U području tunela Pećine i Bobova osnovna stijenska masa su rudistni vapnenci gornje krede. To su čvrste, dobro okamenjene sedimentne stijene karbonatnog tipa. Stijenska masa je slojevite strukture mjestimično ispucana i zdrobljena. Stupanj raspucalosti je naglašeniji uz rasjedne zone. Na površini i uz rasjedne zone stijenska masa je jače okršena i kavernozna. Na jednom mjestu tunel Pećine prolazi kroz vapnenačke breče paleogeneske starosti, dok sjeveroistočni portalni dio tunela prolazi kroz naslage talioničke šljake nastale kao deponija tvornice "Vulkan". Numerička simulacija provedena je programom FLAC (Fast Langrangian Analysis of Continua). To je kompjuterski program namijenjen simulaciji ponašanja konstrukcija od tla, stijena i drugih materijala kod kojih se može pojaviti plastično tečenje. Materijal se diskretizira na elemente oblikovanjem mreže koju korisnik prilagođava obliku modeliranog objekta. Kao odgovor na zadane sile i/ili pomake svaki element se ponaša prema unaprijed zadanom odnosu definiranom konstitucijskim jednadžbama. Ako su naprezanja dovoljno velika da potaknu tečenje u materijalu, zajedno s materijalom deformira se i mreža u skladu s konačnim diferencijama. Metoda konačnih diferencija tj. točnije "Kombinirana diskretizacijska shema" (Marti, Cundall, 1982) je osnovna postavka FLAC-a za modeliranje plastičnog tečenja i plastičnog kolapsa. Da bi se proračun što više prilagodio stvarnoj situaciji iskorištena je mogućnost programa da dopušta relaksaciju neuravnoteženih čvornih sila u željenom postotku simulirajući na taj način vremenski slijed izvođenja tunela. Na taj način može se, na primjer, dopustiti da se 10% neuravnoteženih sila relaksira nakon iskopa a prije postavljanja podgradnog sustava uvažavajući činjenicu da je otvor stanovito vrijeme nepodgrađen. To se vrši proračunam sila po obodu iskopa, a koje su posljedica samog iskopa. Tim silama suprostave se druge sile (tractions) koje su suprotnog smjera, a za određeni postotak manje od onih proračunatih. Dionica tunela Pećine sastoji se od trotračnog i četverotračnog dijela. Kritični dio ove dionice čini prijelaz iz trotračnog u četverotračni dio tunela (slika 4). Visina nadsloja je 26m. Provedena je povratna analiza na trotračnom dijelu tunela, stacionaže 1+683,00, te na osnovu nje je proračunata stabilnost podgradnog sklopa na četverotračnom dijelu tunela, stacionaže 1+699,00. KONTROLNI PROFIL 1+683,00 A 1+699,00 B primarna podgrada sekundarna obloga OS TROTRACNOG TUNELA Stacionaza povratne analize OS CETVEROTRACNOG TUNELA Proracun stabilnosti sekundarna obloga primarna podgrada A Slika 4. Tlocrtni prikaz prijelaza iz trotračnog u četverotračni dio tunela B
149 4.1 Povratna analiza na trotračnom dijelu tunela Povratna analiza na kraju trotračnog dijela tunela, na stacionaži 1+683,00 provedena je na osnovu rezultata mjerenja kliznim deformetrima. Na slici 5. prikazan je poprečni presjek trotračnog dijela tunela sa podgradnim sustavom i položajima deformetara. Na slici 6. prikazani su rezultati mjerenja za deformetar D3 u tjemenu kalote tunela. D3 D2 D4 R-3 Mlazni beton d=30cm Dvije arm. mreze Q257 Resetkasti luk 130/26/34 na razmaku 100cm IBO sidra 32/20 L=6m razmak 120cm Deformetri L=10m R-2 R-4 R=7.64 R=7.84 R=7.64 R=7.535 R=7.84 R=6.24 10.05 D1 R-1 R=6.24 R=7.535 R-5 D5 15.19 Slika 5. Poprečni presjek tunela na stacionaži 1+683,00 Relativna deformacija (mm/m) Vertikalni pomak (mm) 5 0 4 3 2 1 0-1 -2-3 -4-5 40 0 30 20 10 0-10 -20-30 -40 1 1 2 2 3 3 4 4 Dubina (m) 5 Dubina (m) 5 6 6 7 7 8 8 9 9 10 10 06.03.2006. 10.03.2006. 06.03.2006. 10.03.2006. 13.03.2006. 15.03.2006. 13.03.2006. 15.03.2006. 18.03.2006. 28.03.2006. 18.03.2006. 28.03.2006. Slika 6. Rezultati mjerenja kliznog deformetra D3 Numerička simulacija je provedena u tri koraka. Prvo je simuliran iskop tunela i dozvoljena relaksacija 10% neuravnoteženih sila. Nakon toga je simulirana ugradnja podgrade i sidara uz daljnju relaksaciju od 30%. U tom trenutku ugrađeni su deformetri i simulirana je relaksacija neuravnoteženih sila do postizanja ravnoteže. Ovakvi stupnjevi relaksacije dobiveni su iz iskustva mjerenja i povratnih analiza na prethodnim dionicama tunela.
150 Za potrebe analize stanja naprezanja i deformacija u elementima podgradnog sustava na kraju trotračne i početku četverotračne dionice tunela korišten je kvazihomogeni linearno-elastični model tla. Određivanje stvarnog modula elastičnosti kod kojeg će izmjerene deformacije biti približno jednake proračunatim iznimno je važno zbog određivanja stupnja iskorištenosti odnosno dostizanja nosivosti armiranog mlaznog betona i sidara. Problem leži u činjenici da su u sličnim materijalima na riječkom području, korištenjem postojećih izraza (Serafim & Pereira, 1983) kod proračuna visokih stijenskih pokosa dobiveni znatno manji pomaci od izmjerenih, što je na strani nesigurnosti. Dobiveni moduli elastičnosti bili su manji i do 20 puta od proračunskih u prvoj fazi projektiranja (Arbanas, 2003; 2004; Arbanas et al., 2003; 2004, Kovačević et al. 2005). Prilikom iskopa utvrđena je na kraju trotračne dionice stijenska masa V kategorije, RMR=15 na temelju kojeg je određen početni modul elastičnosti. Koristeći izraz (1) koji su predložili Serafim i Pereira, 1983 dobiven je početni modul elastičnosti E=1334 MPa. RMR 10 E = 10 40 n (1) Povratne analize su rađene na način da je model elastičnosti smanjivan dok se sa inženjerski zadovoljavajućom točnošću nisu poklopili pomaci tjemena kalote tunela i vrha deformetra D3. Proračunate i izmjerene vrijednosti i razdioba deformacija duž kliznih deformetara prikazani su na slici 7. y=2.50cm Duzina jednaka 1.00cm Dobiveno proracunom Dobiveno mjerenjem Deformetri, L=10m Slika 7. Distribucija proračunatih i izmjerenih pomaka duž kliznih deformetara Ovako dobiven modul elastičnosti iznosio je 142 MPa što je 9,4 puta manje od vrijednosti koje su korištene u izvornom projektu i na temelju kojih su dimenzionirani elementi primarnog podgradnog sustava. Ono što se može uočiti na slici 4. je da pomaci u svim deformetrima znatno brže padaju od proračunskih kako se linija deformetra odmiče od otvora. Razlog tomu je pojednostavljeni linearno elastični model tla koji ne uvažava činjenicu da se krutost tla značajno mijenja s prirastom deformacija, odnosno da je tlo pri malim deformacijama i do 10 puta kruće nego pri velikim (V.Szavits-Nossan et al. 1999). Nelinearni model tla (Kovačević, 1999) doveo bi do bržeg smanjivanja deformacija. Nadalje može se uočiti da su pračunski pomaci na krajevima ostalih defometara manji u odnosu na izmjerene te da nisu potpuno simetrični. Razlog leži u činjenici da je u proračunu pretpostavljen kvazihomogen profil tla, što u stvarnosti vjerojatno nije. 4.2 Proračun stabilnosti podgradnog sklopa na četverotračnom dijelu tunela Četverotračni dio tunela na stacionaži 1+699,00 izvodi se u dvije faze. Koriste se parametri tla dobiveni prethodnom povratnom analizom. Poprečni presjek tunela s elementima podgradnog sustava prikazan je na slici 8.
151 Mlazni beton d=30cm Dvije arm. mreze Q257 Resetkasti luk 130/26/34 na razmaku 100cm IBO sidra 32/20 L=7m razmak 120cm R=11.97 R=7.75 11.44 I FAZA ISKOPA R=11.97 R=7.75 Linija iskopa R=7.75 II FAZA ISKOPA R=7.75 18.97 Slika 8. Poprečni presjek tunela na stacionaži 1+699,00. Numerička simulacija je provedena u 3 koraka. Prvo je simuliran iskop prve faze tunela i dozvoljena relaksacija 10% neuravnoteženih sila. Nakon toga je simulirana ugradnja podgrade i sidara do potpunog uravnoteženja. Zatim je simuliran iskop druge faze tunela i ugradnja podgrade i sidara do potpunog uravnoteženja. Na slici 9. prikazani su ukupni pomaci podgrade, na slici 10. sile u sidrima, na slici 11. momenti savijanja a na slici 12. uzdužne sile u podgradi nakon potpunog uravnoteženja. Maksimalni pomak iznosi 5.5 cm. Maksimalna sila u sidru iznosi 132 kn. Maksimalni moment u podgradi 247 knm. Maksimalna uzdužna sila u podgradi 2886 kn. Najkritičniji presjek ima kombinaciju momenata savijanja i uzdužnih sila: M=42 knm i N=2796 kn.. Slika 9. Vertikalni pomaci podgrade. Slika 10. Sile u stijenskim sidrima. Slika 11. Momenti savijanja u podgradi. Slika 12. Uzdužne sile u podgradi
152 5 ZAKLJUČAK Povratne numeričke analize kombinirane s geotehničkim mjerenjima omogučavaju sigurniji i racionalniji pristup projektiranju i izvođenju podzemnih građevina. One doprinose i razvoju spoznaje o ponašanju stijenske mase i određivanju njenih fizikalno-mehaničkih parametara povezujući ih sa rezultatima klasificiranja stijene. Pomoću njih se mogu verificirati ili modificirati karakteristike elemenata primarnog podgradnog sustava, predviđene duljine napredovanja, procijenjeno vrijeme stabilnosti nepodgrađenih raspona, kao i vremena i redoslijeda izvođenja svih radova na stabilizaciji iskopa. Povratne numeričke analize u tunelu Pećine na kraju trotračnog dijela tunela omogućile su da se projektira podgradni sustav u kojem postoji stanovita rezerva nosivosti u svim elemenatima primarnog podgradnog sustava na početnoj dionici četverotračnog dijela tunela. 6 LITERATURA Arbanas Ž. 2003. Construction of open pit Zagrad in Rijeka, Građevinar, Vol. 55, No. 10, 591-597 (in Croatian). Arbanas Ž. 2004. Prediction of supported rock mass behavior by analyzing results of monitoring of constructed structures, Ph.D. Thesis, Faculty of Civil Engineering, University of Zagreb (in Croatian). Arbanas Ž., Jardas, B. & Kovačević, M.S. 2004. Excavation of Open Pit Zagrad in Rijeka, Croatia-A case history, Proc. 5th Int. Conf. on Case Histories in Geotech. Eng., New York, NY, USA, April 13-17, 5.64.1-5.64.6. Bieniawski, Z.T. 1979. The Geomechanics Classification in Rock Engineering Applications, Proc. 4 th Congr. Int. Soc. Rock. Mech., Montreux 2, pp. 41-48. Hoek, E. 1983. Strenght of Jointed Rock Masses, 23 rd Rankine Lecture, Geotechnique 33, (3), pp. 187-223. Hoek, E., Brown, E.T. 1988. The Hoek-Brown Failure Criterion A 1988 Update, Proceedings of 15 th Canadian Rock Mech. Symp., Toronto, Canada, (Ed. Curran J.C.), Dept. Civ. Engineering, University of Toronto, pp.31-38. Hoek, E., Brown, E.T. 1997. Practical Estimates of Rock Strenght, Int. J. Rock Mech. & Mining Sci. & Geomechanics Abstracts, Vol. 34 (8), pp. 1165-1187. Hoek, E., Wood, D., Shah, S. 1992. A Modified Hoek-Brown Failure Criterions for Jointed Rock Masses, Proceedings of Int. ISRM Symp. on Rock Characterization, EUROCK 92, (Ed. Hudson J.), Chester, UK, Brit. Geol. Soc., London, pp.209-214. Hoek, E. 2004., Estimates of Rock Mass Strength and Deformation Modulus, Discussion Paper #4, http://www.rocscience.com, 6 p. Hoek, E., Carranza-Torres, Corkum, B. 2002. Hoek-Brown Failure Criterion-2002 Edition, Proceedings of 5 th North American Rock Mech. Symp., Toronto, Canada, Dept. Civ. Engineering, University of Toronto, pp. 267-273. Kovačević, M. S. 2003. The Observational Method and the use of geotechnical measurements. XIIIth ECSMGE, Prague, 25-28 August 2003, Prague, 575-582. John, M. 1977. Adjustment of programs of measurements based on the results of current evalution. Proc. Int. Symp. Field Measurements in Rock Mechanics, Zurich, Vol. 2. 639-656. Serafim, J.L., Pereira, J.P. 1983. Consideration of the Geomechanical Classification of Bieniawski, Proc. Int. Symp. on engineering Geology and Underground Construction, Lisbon, Vol. 1, pp. II.33-II.42. Stojković, B., 2005. Osiguranje stabilnosti primarne podgrade cestovnih tunela u sedimentnim stijenama, Doktorska disertacija, Sveučilište u Zagrebu, Građevinski fakultet, Zagreb, 213. Whyatt, J. K., Julien, M. 1988. A fundamental question: The role of numerical methods in rock mechanics design. In Key Questions in Rock Mechanics: Proc. 29th U.S. Symp. eds Cundall et all, Minneapolis June 1988, Balkema, Rotterdam, 311-315. Kovačević, M.S., Skazlić, Ž., Szavits-Nossan, V. 2005. Case Histories of Very Hard Fissured Soils Stiffness Determination, Proc. Geotechnology in Harmony with the Global Environment, XVI International Conference on Soil Mechanics and geotechnical engineering, Osaka, 12-16.09.2005., 703-706. Szavits-Nossan, V., Kovačević, M. S., Szavits-Nossan, A. 1999. Posmična krutost i deformacije tla: novi pogledi, Građevinar 51, 12, 783-792. Kovačević, M.S. 1999. Numerička simulacija nelinearne interakcije konstrukcije i tla, Doktorka disertacija, Gađevinski fakultet Zagreb.