62 Zlatanovic_Elefterija

Download 62 Zlatanovic_Elefterija

Post on 27-Dec-2015

3 views

Category:

Documents

1 download

Embed Size (px)

DESCRIPTION

544656

TRANSCRIPT

<ul><li><p>graevinsko arhitektonski fakultet u niu nauka + praksa 12.1 / 2009 </p><p> 252 </p><p>VANI ASPEKTI ANALIZE DVA PARALELNA BLISKA TUNELSKA OBJEKTA U POGLEDU SEIZMIKIH UTICAJA </p><p> Elefterija Zlatanovi 1 </p><p>Rezime: Tendencija stalnog porasta populacije velikih gradova, gustina saobraaja i potreba za skladinim kapacitetima doveli su nesumnjivo do poveanog iskorienja podzemnog prostora u vidu tunela na podzemnim eleznicama i autoputevima, zatim podzemnih objekata za skladitenje materijala i otpada, kao i hidrotehnikih tunela za transport vode. Pored toga, 50 % svetske populacije ivi u urbanim zonama, dok 70 % ove urbane populacije ivi u trusnim podrujima. Grad Ni, teritorija Srbije, kao i itav prostor Balkana nalaze se u seizmiki aktivnom podruju. Cilj ovog rada je da ukae na vanost doskora zanemarivane, a zapravo veoma uske povezanosti dveju oblasti tunelogradnje i zemljotresnog inenjerstva, sa posebnim osvrtom na tunelske objekte sa dva paralelna bliska tunelska iskopa. Kljune rei: tuneli, seizmiki uticaji, dva paralelna bliska tunela, vani aspekti analize Summary: Ever increasing population of large cities, density of transportation and need for storage capacity have led, inevitably, to an increased use of underground facilities, such as tunnels for subways, highways, material storage and sewage, and water transport. Besides, 50 % of the worlds population lives in urban areas, and 70 % of that population lives in earthquake prone areas. The city of Nis, Serbia, and Balkan region are in the seismic active area. This paper emphasizes recently neglected, but in fact very tight link of two fields tunneling and earthquake engineering, with special survey of twin-tunnels. Keywords: tunnels, seismic impact, twin-tunnels, important aspects of analysis </p><p> 1 dipl. in. gra., asistent, Graevinsko-arhitektonski fakultet Ni, elefterija@gaf.ni.ac.yu </p><p>1 UVOD Tuneli kao objekti koji su ukopani u stenu ili tlo, </p><p>veoma dugo su tretirani kao graevine sa dobrim antiseizmikim svojstvima. Stoga, jedno izvesno vreme, oteenjima na tunelskim objektima nije posveivano dovoljno panje, kao to je to bio sluaj sa objektima iznad povrine terena. Kako je broj tunelskih objekata i njihovih zemljotresom izazvanih oteenja rastao, a posebno nakon nekoliko veoma snanih zemljotresa novijeg datuma, ovaj problem je </p><p>privukao panju strune javnosti iz celog sveta, ime je pojaano interesovanje za utemeljenje sveobuhvatne seizmike analize i metoda projektovanja tunelskih objekata. </p><p>U zemljotresu Kanto u Japanu 1923. god, kada je preko 80 % od oko stotine tunela pretrpelo oteenja, na jednom od objekata pomeranje tunelske obloge je iznosilo 25 cm, bubrenje tla u tunelu dostizalo je i do 1 m, dok je suenje poprenog preseka tunela dostiglo veliinu od 50 cm. </p><p>U zemljotresu St. Fernando u SAD 1971. god, po prvi put su oteenja tunela izazvana zemljotresom dovedena u vezu sa naglim pomeranjima tla </p></li><li><p>graevinsko arhitektonski fakultet u niu nauka + praksa 12.1 / 2009 </p><p> 253</p><p>svojstvenim podrujima u neposrednoj blizini rasednih zona. Jedan od tunela u blizini raseda Sylmor bio je izloen vertikalnim pomeranjima i do 2.29 m. </p><p>Osaka-Kobe zemljotres 1995. godine prvi je u nizu zemljotresa tokom koga su savremene podzemne graevine pretrpele veoma teka oteenja, a to je podstaklo jaanje svesti o seizmikom hazardu za tunelske objekte u urbanim zonama. </p><p>Posle Chi-Chi zemljotresa u Taiwanu u 1999. godini, dolo se do saznanja da je stepen oteenja tunelskih objekata veoma usko povezan sa starou objekta. Naime, analize su pokazale da je u ovom zemljotresu 44 % oteenih tunela sagraeno pre 1980. godine, a da je bilo 14 % oteenih tunelskih objekata koji su sagraeni nakon 1980. </p><p>U Duzce zemljotresu u Turskoj 2001. godine, deonica u duini od 400 m Bolu tunela, koji je bio u fazi izgradnje, kompletno se sruila. </p><p>1952. Kern County zemljotres (slika 1) izazvao je podizanje tunelskog zida debljine 46 cm i savijanje ina koje su uklizale ispod tunelske obloge. </p><p>Slika 1 Savijene ine pruge ispod 46 </p><p>cm masivnog tunelskog zida </p><p>1998. Mid North Iwate zemljotres (slika 2) ispusni tunel hidroelektrane je ispucao i odvojio se na nekoliko blokova, od kojih se jedan kompletno sruio i time izazvao prodiranje zemlje i ogromnih kamenih blokova (30-50 cm) u unutranjost tunela. </p><p> Slika 2 Prodiranje </p><p>zemlje i blokova kroz naprsli tunelski zid </p><p> 1970. Off Izu Oshima zemljotres primer </p><p>ilustrovan na slici 3 predstavlja svojevrstan fenomen i pokazuje sluaj tunela koji je, uprkos velikim pomeranjima uslovljenih aktiviranjem raseda ija su kretanja iznosila i do 1 m, uspeo da ostane gotovo netaknut. Naime, du tunela, popreni preseci su samo u neznatnoj meri bili izoblieni. </p><p> Slika 3 Mestimino </p><p>blago izoblien popreni </p><p>presek tunela </p><p>2 ODGOVOR TUNELSKE KONSTRUKCIJE NA SEIZMIKE TALASE </p><p> Odgovor tunela, i uopte podzemnih objekata, </p><p>na seizmike uticaje u znaajnoj meri se razlikuje od konstrukcija na povrini terena, pre svega po tome to je masa objekta zanemarljivo mala u poreenju sa masom okolnog tla. Stoga se moe rei da se odgovor podzemnih graevina na seizmike uticaje bazira na odgovoru (deformaciji) okolnog tla usled zemljotresa, kao i na dinamikoj interakciji konstrukcije i tla, a ne na inercijalnim svojstvima same konstrukcije, kao u sluaju ostalih graevina [16]. </p><p>Slika 4 Deformacije tunela usled dejstva zemljotresa [1] </p><p>Sa inenjerskog aspekta, razlikuju se tri tipa deformacija podzemnih objekata (Owen and Scholl, 1981), ilustrovanih na slici 4: </p><p>- pritisak / zatezanje, - poduno savijanje (izazvano seizmikim </p><p>talasima u pravcu ose tunela); - distorzija poprenog preseka (usled </p><p>seizmikih talasa koji se pruaju popreno u odnosu na osu tunela) to je najkritiniji vid deformacije izazvan dejstvom zemljotresa. </p><p>3 TUNELSKI OBJEKTI SA DVA PARALELNA BLISKA TUNELSKA ISKOPA </p><p> Najnovije naune studije u oblasti tunelogradnje </p><p>i zemljotresnog inenjerstva ukazuju na sve veu vanost razvoja podzemne saobraajne mree. U sluaju jedinstvenog tunelskog profila potrebna je velika povrina poprenog preseka, i u tom sluaju velika koliina iskopanog materijala, irina zone zahvaene uticajima kao i tehniko-tehnoloki zahtevi bili bi daleko vei nego u sluaju tunelskih objekata sa </p></li><li><p>graevinsko arhitektonski fakultet u niu nauka + praksa 12.1 / 2009 </p><p> 254 </p><p>dva paralelna bliska tunelska iskopa. Upravo iz tih razloga danas u svetu je sve ea praksa izgradnja dva paralelna tunelska objekta ije su prednosti viestruke: smanjenje prenika tunelskog profila, a samim tim i veliine pomeranja tla izazvanog konstrukcijom tunela. U urbanim zonama geotehniki uslovi su takvi da je u najveem broju sluajeva neophodna izgradnja novog tunela u neposrednoj blizini postojeeg. </p><p>Slika 5 Tunelski objekti sa vie tunelskih profila </p><p>U novije vreme, izgradnja treeg tunela kao pratee konstrukcije izmeu dva glavna tunelska pravca postala je praksa, u cilju zatite od poara (slika 5b) ili povezivanja objekata na velikim dubinama sa povrinom terena (slika 6) [4]. </p><p>Slika 6 Pomoni tunelski objekat u ulozi rampe </p><p>Jedan od najinteresantnijih primera vie paralelnih tunelskih objekata u savremenoj svetskoj praksi predstavlja Wushaoling Tunel, koga ine etiri tunelska objekta. Duina ovih tunela je 22 km zbog ega Wushaoling tunel prestavlja najdui tunel u Kini, koji se du svog pravca ukrta sa vie regionalnih rasednih zona. </p><p>Do dananjih dana, naime, veoma mali broj naunoistraivakih radova se bavio odgovorom dva paralelna tunelska iskopa na seizmike uticaje. Imajui u vidu sve gore navedene injenice, cilj autora ovog rada je da se ukae na neophodnost usavravanja dostignua u oblasti projektovanja i graenja vie paralelnih tunelskih objekata, naroito u pogledu njihovog najmanjeg meusobnog rastojanja, koje je od velikog znaaja posebno tokom zemljotresa. Ukoliko su dva tunelska iskopa na veoma bliskom meusobnom rastojanju, njihova interakcija (tj. preklapanje zona uticaja pojedinanih tunela) ne moe biti zanemarena. Interakcija predstavlja veoma vaan faktor koji utie na veliinu pomeranja tla. </p><p>4 VANI ASPEKTI SEIZMIKE ANALIZE DVA PARALELNA BLISKA TUNELSKA OBJEKTA </p><p> 1. Analitika reenja za pomeranja tla izazvanih </p><p>izgradnjom tunela od velikog su znaaja. Meutim, ovim reenjima ne mogu biti ukljueni svi relevantni faktori, poput sloenih naponsko-deformacijskih karakteristika tla, konstrukcijskih detalja i geolokih uslova. Zato je u savremenom naunoistraivakom pristupu veoma uputno sprovesti numeriku analizu problema i uporediti dobijene rezultate sa postojeim analitikim reenjima [2]. U cilju sveobuhvatnog razumevanja pojava izazvanih izgradnjom tunela ili delovanjem zemljotresa, istraivanje bi trebalo da predstavlja kombinaciju numerike i eksperimentalne analize (slika 7). </p><p> Slika 8 Poreenje 2D i 3D analize </p><p>Slika 7 Eksperimentalna analiza tunelskih objekata [3] </p><p>Kada je re o izboru analize (2D ili 3D), treba istai da postoje velike nepodudarnosti izmeu rezultata dobijenih na osnovu ove dve analize. Naime, rezultati 2D i 3D analize se ne podudaraju u sluaju slabonosivog tla, takoe, veliine pomeranja dostiu svoj maksimum za razliite vrednosti koraka vremena, a i u sluaju 2D analize dobijene veliine pomeranja su potcenjene (slika 8). Jedno od pomirljivih reenja bi moglo da bude sagledavanje problema sa aspekta ravnog stanja deformacija, ali uz uslov da se dimenzije modela, granini uslovi i analitike konstante budu uzeti identino onima u 3D studiji [4]. </p><p>2. U analizi mogu biti razmatrane tri razliite konfiguracije poloaja dva tunelska objekta: sluaj kada su tuneli paralelni u vertikalnom smislu, zatim u horizontalnom smislu, ili pod nekim uglom. Najvee vrednosti pomeranja se dobijaju za sluaj vertikalnog paralelnog poloaja dva tunela,dok njihov horizontalni poloaj rezultuje najmanjim pomeranjima [5]. </p><p>Slika 9 Mogue pozicije dva paralelna bliska </p><p>tunelska objekta </p></li><li><p>graevinsko arhitektonski fakultet u niu nauka + praksa 12.1 / 2009 </p><p> 255</p><p>3. U pogledu okolnog medijuma, mogunosti za analizu su brojne: - pojava velikih pomeranja usled izgradnje tunela u </p><p>slabonosivom tlu svojstvena je urbanim podrujima, to za posledicu moe imati znaajna oteenja postojeih povrinskih objekata [6], [15]; </p><p>- analitika i numerika reenja multi-tunelskih iskopa u poroelastinim zasienim formacijama gotovo da nisu prisutna u literaturi [7]; </p><p>- slojevita struktura tla sa razliitim karakteristikama materijala veoma je esto prisutna u gradskim zonama [8]; </p><p>- sredina sa pukotinskim sistemom, jer pukotine ne samo da reflektuju seizmiku energiju, ve su i izvor interferencije seizmikih talasa to za posledicu ima formiranje talasa koji propagira na veim daljinama i sa daleko manjim slabljenjem u poreenju sa direktnim talasima. </p><p>4. Predmet analize mogu biti nepodgraeni tunelski iskopi, ili iskopi sa tunelskom oblogom, u ijem sluaju razlikujemo monolitni i montanu oblogu. U projektovanju tunelskih objekata sa aspekta seizmikih uticaja, kljuni problem jeste utvrivanje unutranjih sila u tunelskoj oblozi, to e omoguiti bolje razumevanje dinamike interakcije tunelske obloge i okolnog medijuma. Tokom proteklih godina primena savremene tunelske mehanizacije u fazi gradnje uslovila je sve veu primenu montanih tunelskih obloga, meu kojima se razlikuju prstenovi sa vezom na sueljavanje (spojnica na spojnicu), ili sa smaknutim spojnicama (slika 10). Prisustvo spojnica moe rezultovati redukcijom momenata i do 50 % [9]. </p><p> Slika 10 Montane tunelske obloge sa razliitim </p><p>tipovima spojnica </p><p>5. Kako je na velikim dubinama interakcija paralelnih tunelskih iskopa mala, u cilju bezbedne gradnje u urbanim zonama, posebno mesto zauzima analiza plitko poloenih tunelskih objekata [13], [15]. </p><p>Slika 11 Opadanje faktora interakcije dva </p><p>paralelna tunela sa dubinom [6] </p><p>6. Seizmika analiza tunelskih objekata obuhvata tri razliite vrste optereenja: a) Primarni naponi (in situ naponi, koji prethode tunelskom iskopu) koji obuhvataju teinu tla, pritisak zemlje i eventualno pritisak vode. Uticaj primarnog naponskog stanja na zonu oteenja oko tunelskog iskopa prvi put je analiziran tek nedavno. U sluaju vrstog tla, zona oteenja oko tunelskog iskopa je daleko manja (slika 12, levo), a u sluaju ravnomernih pritisaka (K1) ova zona je simetrina (slika 12, desno); </p><p>Slika 12 Uticaj primarnih napona na zonu </p><p>oteenja oko tunelskih iskopa [8] </p><p>b) Sekundarni naponi u vidu degradirane zone oko tunelskog iskopa (slika 13a) kao posledica izgradnje tunela i poremeaja primarnog naponskog stanja [10]. Posebno interesantan problem moe biti seizmika analiza tunela u fazi izgradnje, uzimajui u obzir i optereenje od iskopne mehanizacije (slika 13 b,c) [11], gde bi postojale dve uporedne varijante sluaj simultane eskavacije dva tunela i sluaj iskopa novog tunelskog objekta u neposrednoj blizini postojeeg [14]; Slika 13 Degradirana zona oko tunelskog iskopa i analiza </p><p>optereenja od tunelske mehanizacije </p><p>c) Incidentna (specijalna) optereenja od seizmikih talasa i raseda. Odgovor tunelske konstrukcije moe biti analiziran na uticaje primarnih P i sekundarnih S seizmikih talasa (odvojeno ili kombinovano) [7]. U sluaju plitko poloenih tunela R talasi (Rayleigh) takoe moraju biti uvrteni u analizu, jer izazivaju pomeranja i napone u tlu i konstrukciji koji se u velikoj meri razlikuju od istih koji su izazvani drugim vrstama seizmikih talasa. Uprkos vidljivom napretku u razumevanju seizmikog ponaanja podzemnih graevina, veoma je malo poznatih injenica vezanih </p></li><li><p>graevinsko arhitektonski fakultet u niu nauka + praksa 12.1 / 2009 </p><p> 256 </p><p>za odgovor konstrukcije usled propagacije R talasa. U sluaju ovih talasa deformacije konstrukcije su daleko vee, i meu njima deformacije savijanja kao najizraenije [12]. Sveobuhvatnom analizom oteenja na tunelskim objektima dolo se do zakljuka da je najvei deo ovih oteenja usko povezan sa blizinom raseda. U takvim uslovima polje sekundarnih napona veoma je kompleksno i karakterie se veoma snanim intenzitetom i relativno kratkim trajanjem (poput kretanja izazvanih dejstvom impulsa). Osim istraivanja problema irenja seizmikih talasa, u analizi dveju paralelnih bliskih tunelskih konstrukcija veoma znaajan moe biti i problem rasednih zona, iji su najznaajniji faktori mehanizam nastanka talasa, pravac pruanja raseda u odnosu na lokaciju i permanentno kretanje tla kao posledica klizanja rasednih povrina. Tom prilikom od naunog znaaja moe biti sluaj kada je jedan od tunelskih objekata sa jedne, a drugi sa suprotne strane rasedne pukotine [14]. </p><p>Slika 15 Mehanizmi formiranja raseda </p><p>Slika 14 Vrste seizmikih talasa (P, S, L i R-talasi) </p><p> 5 ZAKLJUAK </p><p> Analiza tunela na seizmike uticaje predstavlja </p><p>kompleksan zadatak, jer obuhvata nekoliko naunih disciplina ukljuujui dinamiku tla, stena i konstrukcija, zatim geologiju, seizmotektoniku i inenjersku seizmologiju. Tak...</p></li></ul>