Uroš Brecelj: Globoko temeljenje hladilnega stolpa “TE Šoštanj” z uvrtanimi piloti – uporaba udarne vrtalne glave

Razprave 6. posvetovanja slovenskih geotehnikov, Lipica, 14. - 15. junij 2012, SloGeD |

263

Uroš BRECELJ Primorje d.d., Vipavska c. 3, Ajdovščina

e-naslov: uros.brecelj@primorje.si

GLOBOKO TEMELJENJE HLADILNEGA STOLPA "TE ŠOŠTANJ" Z UVRTANIMI PILOTI -

UPORABA UDARNE VRTALNE GLAVE

POVZETEK: V prispevku je prikazana tehnologija za izvedbo uvrtanih pilotov v materialih trših od 100 MPa. Tehnologija z udarno vrtalno glavo je bila v Sloveniji uporabljena prvič, in sicer na projektu modernizacije TE Šoštanj, kjer se gradi hladilni stolp višine 164 m. Ker je hladilni stolp umeščen na tla z zelo heterogeno geološko sestavo iz plasti lapornatih glin in glinavcev ter vulkanskih tufov, ga je bilo potrebno globoko temeljiti z uvrtanimi piloti premera 118 cm, dolžine od 6 do 18 m. Vrtanje v plasteh lapornate gline in glinavca ni bilo zahtevno, težave pa so se pojavile pri prevrtavanju različno debelih plasti tufa. Zaradi povečane trdnosti, žilavosti in abrazivnosti masivnega tufa je bilo vrtanje s klasično opremo za izvedbo uvrtanih pilotov kljub različnim poskusom nemogoče. Za nadaljevanje pilotiranja hladilnega stolpa je bilo potrebno poiskati novo rešitev in opremo s katero je mogoče vrtati v najtrših materialih, kjer je ena od možnosti orodje za vrtanje z vgrajenimi globinskimi DTH kladivi.

DEEP FOUNDATION OF "ŠOŠTANJ THERMO POWER PLANT" COOLING TOWER WITH BORED PILES –

APPLICATION OF MULTIPLE DTH HAMMERS

ABSTRACT: The article presents the first implement of the technology used for drilling bored piles in materials harder than 100 MPa in Slovenia. This technology was used on modernization of Šoštanj TPP cooling tower, which is 164 m high. Since the cooling tower is located on the surface with a highly heterogeneous geological structure, with layers of marly clays and claystones and volcanic tuffs, it was necessary to build in bored piles with a diameter of 118 cm, 6 to 18 m long. Drilling in layers of marl clay and claystone was not difficult, but there were big problems with drilling in differently thick layers of massive tuff. Due to the increased strength, toughness and abrasiveness of massive tuff, drilling with conventional equipment for the execution of bored piles, was despite various attempts impossible. To continue with deep foundation of the cooling tower, it was necessary to find new solutions for the hardest materials. One of the suitable technologies is drilling tool with multiple DTH hammers.

Uroš Brecelj: Globoko temeljenje hladilnega stolpa “TE Šoštanj” z uvrtanimi piloti – uporaba udarne vrtalne glave

| Razprave 6. posvetovanja slovenskih geotehnikov, Lipica, 14. - 15. junij 2012, SloGeD

264

UVOD Termoelektrarna Šoštanj v projektu posodobitve gradi nov, 6. blok. V sklopu novih objektov je potrebno zgraditi hladilni stolp, v katerem se iz hladilne vode odvzema toploto ter odvaja očiščene dimne pline. Hladilni stolp je umeščen na t.i. šoštanjsko prelomnico, ki deli ravninski del šoštanjske kotline in pobočje Vrhovnikovega vrha. Ravninski del gradijo različno pretrte lapornate gline in glinavci, vznožje in pobočje hriba pa sestavljajo plasti glinavca in tufa. Zaradi velike višine hladilnega stolpa, predvsem pa zaradi njegove lege, je bilo potrebno izvesti globoko temeljenje na 266 uvrtanih armiranobetonskih pilotih premera 118 cm, dolžine od 6 do 18 m. Izvedba pilotov je v lapornatih glinah in glinavcih potekala brez večjih težav, te pa so se pojavile ob pričetku vrtanja na območju s plastmi masivnega tufa. Kamnina ima veliko odpornost proti drobljenju in abraziji, ki ima za posledico povečano obrabo opreme za vrtanje pilotov. Posledično je bilo vrtanje vrtin s klasično opremo za izvedbo uvrtanih pilotov močno oteženo, zamudno in neekonomično oz. praktično nemogoče. Treba je bilo poiskati tehnologijo, s katero je bilo mogoče masivni tuf učinkovito prevrtati. Za nadaljevanje del se je poizkusilo z metodo s predvrtavanjem z večjim številom vrtin manjšega premera in metodo z rahljalnim miniranjem, ki pa nista dali želenih rezultatov. Za uspešno dokončanje projekta je bilo potrebno uporabiti specialno tehnologijo za vrtanje pilotov v najtrših materialih, to je vrtalno orodje z vgrajenimi globinskimi kladivi.

KRATEK OPIS PROJEKTA TEMELJENJA

Temeljenje hladilnega stolpa je razdeljeno na temeljenje lupine in rosišča z lovilnim bazenom. Piloti za temeljenje lupine so razporejeni v dva vzporedna niza po zunanjem in notranjem delu temeljnega obroča, za temeljenje rosišča pa so piloti razporejeni v notranjem delu obroča v obliki križa. Dolžine pilotov so bile določene glede na geometrijsko razporeditev pilotov in prilagojene na evidentirane prelomne cone.

Slika 1. Razviti profil pilotov hladilnega stolpa bloka 6

Uroš Brecelj: Globoko temeljenje hladilnega stolpa “TE Šoštanj” z uvrtanimi piloti – uporaba udarne vrtalne glave

Razprave 6. posvetovanja slovenskih geotehnikov, Lipica, 14. - 15. junij 2012, SloGeD |

265

Slika 2. Tloris pilotov hladilnega stolpa bloka 6

IZVEDBA UVRTANIH AB PILOTOV Izvedba pilotov na ravninskem delu v lapornatih glinah in glinavcih je potekala z dinamiko cca. 55 m vrtanja z eno vrtalno garnituro na izmeno. Po prehodu v pobočni del v material s precej večjo trdnostjo se je ta dinamika močno zmanjšala, na območju z masivnim tufom pa se je vrtanje ustavilo. Tanjše plasti masivnega tufa je bilo s klasično opremo še mogoče prevrtati, vendar ob močno povečani obrabi vrtalnega orodja.

Slika 3. Vrtalna oprema za kamnine do 100 MPa: sveder, košara in jedrnik Poizkus izvedbe uvrtanih AB pilotov s predvrtavanjem

Prvi poizkus za možnost napredovanja vrtanja pilotov je bilo predhodno predvrtavanje pilotov. Z vrtalno garnituro Atlas Copco – Mustang se je na lokaciji pilota naredilo več vrtin premera 130 mm (povprečno 6), po celotnem preseku in dolžini pilota. Namen tega je bilo zmanjšati površino masivnega tufa po preseku, ki ga je bilo nato potrebno prevrtati z orodjem za pilotiranje, t.j. svedrom za kamnine. S tem so se poslabšale lastnosti materiala, dosegli pa so se minimalni napredki vrtanja. Kljub temu je pri nadaljnjem vrtanju prihajalo do izjemno velike obrabe vrtalnega orodja, tako na orodju za predvrtavanje kot za vrtanje pilotov, še bolj pa je bilo problematično

Uroš Brecelj: Globoko temeljenje hladilnega stolpa “TE Šoštanj” z uvrtanimi piloti – uporaba udarne vrtalne glave

| Razprave 6. posvetovanja slovenskih geotehnikov, Lipica, 14. - 15. junij 2012, SloGeD

266

prepočasno napredovanje vrtanja. Poleg tega so bile za ta način potrebne dodatne priprave, ki so še dodatno prekinjale in upočasnjevale delo. Pilote smo predhodno prevrtavali iz kote delovnega platoja, večinoma pa je bilo potrebno še dodatno prevrtavanje v obložnih ceveh pilotov, ko napredovanje z opremo Bauer ni bilo več mogoče. S pomočjo predvrtavanja se je izvedlo 44 pilotov. V območju vtočnega jaška, kjer so bile vrtine za pilote globoke do 24 m, pa pilotov tudi na ta način ni bilo mogoče izvesti. Tudi s predvrtavanjem napredovanja vrtanja ni bilo, prihajalo pa je do pretirane obrabe vrtalnega orodja.

Slika 4. Predvrtavanje skozi obložne cevi Poizkus uvedbe uvrtanih AB pilotov z rahljalnim miniranjem Ker je bila izvedba vrtanja pilotov s predvrtavanjem neučinkovita se je poizkusilo masiven tuf pred samim vrtanjem razrahljati z miniranjem. Rahljalno miniranje se je izvajalo skladno z Elaboratom miniranja in Študijo seizmičnih vplivov na sosednje objekte, ki je predvidel izvedbo 15 minskih vrtin in dveh zalomnih vrtin premera 130 mm. Med vsakim miniranjem so se izvajale seizmične meritve. Testna miniranja smo izvedli na treh pilotih (2 × 6m, 1 × 18m). Vrtanje minskih vrtin smo izvajali z vrtalno garnituro Atlas Copco ROC F7. Po polnitvi vrtin z razstrelivom se je nad pilotom nasul varovalni nasip višine 1,5 m, ki je preprečeval raznos materiala med miniranjem. Rezultat miniranja v zgornjem delu vrtine, ki ga gradijo glinavci, je bil dober, v masivnem tufu pa do razrahljanja praktično ni prišlo, kljub polnitvi vrtin z maksimalno količino razstreliva (pri kateri še ni nevarnosti poškodb okoliških objektov).

Uroš Brecelj: Globoko temeljenje hladilnega stolpa “TE Šoštanj” z uvrtanimi piloti – uporaba udarne vrtalne glave

Razprave 6. posvetovanja slovenskih geotehnikov, Lipica, 14. - 15. junij 2012, SloGeD |

267

Slika 5. Razpored vrtin v tlorisu pilota Izvedba uvrtanih AB pilotov v masivnem tufu z uporabo udarne vrtalne glave Pri vrtanju pilotov v masivnem tufu je klasična oprema za vrtanje pilotov odpovedala, prihajalo je do pretirane obrabe vrtalnega orodja in napredkov vrtanja praktično ni bilo. Za vrtanje v tako trdih in abrazivnih materialih se uporablja orodje s kotalnimi dleti ali udarno vrtalno glavo. Ker pa je orodje s kotalnimi dleti primerno le za uporabo v suhi vrtini je preostala le uporaba udarne vrtalne glave. Z udarno vrtalno glavo se je izvedlo 19 pilotov v masivnem tufu, z največjo globino vrtanja 24 m.

Slika 6. Udarna vrtalna glava Udarna vrtalna glava premera 120 cm je sestavljena iz sedmih udarnih globinskih DTH kladiv premera 300 mm, ki jih poganja komprimiran zrak. Kladiva ob hkratnem rotiranju glave kamnino v vrtini razbijajo, komprimiran zrak pa iznaša zdrobljen material v zbirno posodo na vrhu ohišja glave. Ko se zbirna posoda napolni, je potrebno udarno glavo izvleči in izprazniti posodo. Vrtino je bilo potrebno v zgornjem delu do kontakta s tufom zaradi stabilnosti zaceviti. Udarna glava potrebuje za svoje delovanje 80 do 90 m3 zraka na minuto.

Uroš Brecelj: Globoko temeljenje hladilnega stolpa “TE Šoštanj” z uvrtanimi piloti – uporaba udarne vrtalne glave

| Razprave 6. posvetovanja slovenskih geotehnikov, Lipica, 14. - 15. junij 2012, SloGeD

268

Slika 7. Cevitev vrtine v zgornjem delu

LITERATURA Geoinženiring d.o.o. 2010. Poročilo o tehničnem projektu temeljenja hladilnega stolpa bloka 6

Termoelektrarne Šoštanj

HSE d.o.o. 2009. Posodobitev Termoelektrarne Šoštanj, Ne – tehnični povzetek