1. Generalităţi. 1. 1. Scurt istoric.

Introducere Înlocuirea sprijinirilor din lemn cu sprijiniri metalice, ancore şi torcret reprezintă una

dintre cele mai mari realizări din istoria tunelelor. Mulţumită acestor noi metode de sprijinire şi a progreselor în cunoaşterea ştiinţifică

metoda torcretării a putut evolua, anjungând la maturitate în anii ’50. Dezvoltarea teoretică a început cu 100 de ani în urmă, atunci când s-au folosit primele

arce metalice. Prima utilizare a ancorelor pentru roci s-a realizat în 1913 şi a torcretului în 1914, ambele fiind folosite în domeniul minier.

Termenul „Spritzbetonmethode” (Metoda torcretării) a apărut pentru prima dată în literatura germană de specialitate în anii ’20.

Istoria metodei căptuşelii din beton torcretat (SCL) poate fi considerată dintr-un punct de vedere ca fiind un ajutor în controlul presiunilor şi deformaţiilor rocii (răspunsul terenului).

În construcţiile subterane a fost întotdeauna o problemă majoră cum poate fi influenţată excavaţia de către reacţiunea terenului astfel încât siguranţa şi întreţinerea frontului în timpul execuţiei să fie asigurate.

Începutul ingineriei în domeniul tunelelor poate fi observată în tunelul Tronquoy în lungime de 1,1 km construit de Napoleon în 1803 în Franţa (fig.1).

Fig. 1. Tunelul Tronquoy, Franţa, 1803.

Tunelul traversează un teren nisipos cu roci fragmentate şi are o laţime de 8 m,

neobişnuită la acea perioadă. Din (fig. 1) este clar cum cu ajutorul unui număr de galerii mici individuale, bolta a fost construită de la radier la cheie, permiţând miezului să fie excavat ulterior sub protecţia lor. La acest tunel a apărut metoda galeriilor multiple care mai târziu a jucat un rol important. Acest tunel este considerat a fi prima construcţie realizată pe principiile inginereşti, deoarece aici, pentru prima dată, s-a realizat o zonă mare de excavaţie în condiţii dificile de teren. Este în acelaşi timp un exemplu bun pe partea practică de control a reacţiunii terenului.

Evaluarea corectă a comportării terenului în timpul excavaţiei şi a execuţiei căptuşelii, precum şi în timpul exploatării tunelelor a avut o importanţă practică în construcţia primelor tunele de cale ferată.

Predicţiile greşite a comportării terenului sau a „surprizelor” geologice au implicat luarea în considerare a posibilităţii de distrugere a construcţiei din lemn, ce poate duce la prăbuşirea tunelului sau la o micşorare a secţiunii transversale.

Modele de calcul şi măsurători în teren Înainte de a doua jumătate a secolului IXX, primele încercări au fost întreprinse în a

determina încărcările ce acţionează asupra lucrării de lemn şi a căptuşelii definitive. Toate modelele de calcul au un lucru în comun, consideră numai procesul din imediata

vecinătate a golului şi au fost fie bazate pe mecanisme de rupere presupuse, fie pe mecanisme de sprijinire structurale simple (fig. 2).

presiunea terenului arc siloz grinzi continuu

Fig. 2. Modele de calcul utilizate până în 1920. În 1912, Wiesmann recunoaşte remnificatia redistribuţiei eforturilor în vecinatatea

unui gol subteran ca şi influenţa stării de rupere asupra redistribuţiei eforturilor în aşa numita zonă de rocă afectată de redistribuţia eforturilor. În 1957, Mohr a arătat cum interacţiunea între terenul deformat şi căptuşeală poate fi determinată utilizând linia caracteristică (curba de raspuns a terenului) şi caracteristicile căptuşelii (fig. 3). Prin linie caracteristică se intelege relaţia funcţională dintre deplasarea radială a conturului golului şi forţa de rezistenţă acţionând pe ea.

Fig. 3. (a) starea de eforturi înainte şi dupa excavaţie la un tunel de adâncime;

(b) prima reprezentare a curbei caracteristice a răspunsului terenului şi a căptuşelii. Mohr consideră că forţele acţionând pe căptuşeală vor fi mai mici dacă se permite o

mică deformare a masei de rocă. Utilizarea practică a acestor cunoştiinţe înseamnă că masa de rocă trebuie să fie susţinută până când va fi capabilă sa se autosusţină.

În 1957 inginerul francez Talobre propune un model (fig. 4) pentru a explica efectul ancorării radiale în roci slabe prin realizarea unui arc de rocă portantă în jurul golului excavat.

Fig. 4. Arcul de rocă portantă produs de acore.

Întrucât în soluţionarea acestor probleme, inginerii tunelişti s-au simţit obligaţi, pe cât

posibil, în a adopta metodele ştiinţifice, nu este surprinzător faptul că au pus mare accent pe observaţii şi măsurători pe teren. Măsurători sistematice au fost realizate la tunele foarte devreme, de exemplu masuratori ale tasărilor deasupra tunelului au fost făcute la execuţia căii ferate metropolitane în Londra (1865-1867), care au arătat diversele faze ale excavaţiei şi sprijinirii.

Progres in tehnologia sustinerii Aşa cum s-a menţionat mai sus, lucrările de tunele din întreaga lume au fost dominate

de metoda sprijinirii cu lemn pana în anii ’50 (fig. 5).

Fig. 5. Sprijinire cu lemn la tunelul Lötschberg (1908-1913).

Pentru o înţelegere mai bună a necesităţii de dezvoltare, înainte de toate, vom enumera

câteva dezavantaje a sprijinirii cu lemn: − obstrucţionarea excavaţiei şi a majorităţi activităţilor; − necesitatea unei excavaţii în plus pentru sprijinirea cu lemn; − dificultatea construirii unui sistem suficient de stabil şi rigid, atât transversal cât şi

longitudinal; − posibilităţi limitate în ajustarea sprijinirii în caz de prăbuşiri induse de geologie. Prin urmare, nu este surprinzător faptul că unii autori, înainte de 1844, au susţinut

folosirea cât mai puţin posibilă a meterialului lemnos.

O îmbunătăţire reală poate fi oferită de noile măsuri de sprijinire: cintre metalice, torcret şi ancore.

Cintre metalice Nu este foarte clar când au fost folosite pentru prima dată profilele de oţel în

combinaţie cu sau în locul sprijinirii de lemn. De exemplu, în Germania, vechile şine de cale ferată au fost folosite în schimbul sprijinirii de lemn în exploatările miniere încă din 1862, conducând la eliminarea folosirii lemnului.

Literatura de specialitare relevă că la sfârşitul secolului IXX, problemele de bază ale construcţiei utilizând sprijiniri de oţel au fost rezolvate şi că acest sistem de sprijinire a început să înlocuiască lemnul în toată lumea, cel puţin în roci slabe.

Cadre de oţel rectangulare au fost utilizate la tunelul Simplon. În 1932, introducerea cintrelor TH (fig. 6) cu îmbinări care permit deplasări a

constituit un progres semnificativ, atât în domeniul proiectării, cât şi al execuţiei sprijinirilor metalice.

Fig. 6. Îmbinări care permit deplasări.

În 1958 în Italia la un tunel hdrotehnic căptuşit cu torcret se consemneaza prima

aplicare a arcelor cu zăbrele (fig. 7).

Fig. 7. Arc cu zăbrele.

Torcret Dezvoltarea tehnologiei torcretării a început cu inventarea „pistolului cu mortar” în

1911 (patent nr. 991 814). Acest mortar şpreiat a fost numit „gunite”, mai târziu „torcrete” şi începând din 1921 „shotcrete”. În 1914 Biroul Minelor al SUA a început să înlocuiască sprijinirile de lemn cu torcret experimental în minile Brucetown.

Termenul a apărut în 1920 cu ocazia primei aplicări în construcţia tunelelor şi puţurilor în Europa (în Elveţia). În 1922, 6 km de tunel hidrotehnic au fost căptuşiţi cu torcret în Germania.

Trebuie menţionat că un „Ghid pentru aplicarea mortarului prin şpriţuire” a apărut în 1934 în Londra.

Fig. 8. Torcretare la tunelul Ulmberg din Zurich în 1927, Elveţia

Ancore Istoria ancorări a început în anul 1913 (patent nr. 302 909). S-au folosit ancore de oţel

care au înlocuit sprijinirile de lemn, preluând presiunea terenului, în minele de cărbune din Silesia, Germania. Secţiunea transversală a galeriei nu este în nici un fel obstrucţionată sau restricţionată.

Fig. 9. Prima ancoră cunoscută.

În 1934 se utilizează ancorele împreună cu betonul torcretat la o mină în Canada. Prima publicaţie detaliată despre ancore apare în 1943 în SUA care descrie realizarea

unei încercări. Între anii 1948-1950 un total de 1400 km de tunel, în 350 de mine, au fost sprijiniţi cu

ancore. Succese similare în utilizarea ancorelor s-au obţinut în Germania, Anglia şi Franţa ţntre anii 1950-1952.

Între 1949-1962 numeroase exemple de utilizare a ancorelor şi a betonului torcretat la execuţia tunelelor şi cavernelor au fost consemnate în intreaga lume.

În retrospectivă, putem spune că începând cu 1960 metoda torcretului a fost ferm stabilită şi a înlocuit rapid sprijinirile din lemn. Termenul „Spritzbetonmethode” (Metoda torcretării) a fost pe larg utilizat în ţările vorbitoare de germană.

Sprijinirile metalice au fost întroduse treptat, urmate de torcret, ancore şi, în final, de combinaţia sistematică a acestor măsuri de sprijinire la o scară largă.

NATM Într-o publicaţie din 1963, Rabcewicz, a redenumit metoda torcretării noua metoda

austriacă (NATM). El vorbeşte de o metodă de sustinere cu ancore şi torcret care a fost dezvoltată şi testată în Austria.

O altă revendicare este aceea că dotorită NATM, căptuşeala poate fi păstrată subţire şi că radierul boltă-întorsă este o invenţie a NATM. Fig. 10 indică faptul că această revendicare nu este sustenabilă intrucât în 1836 Brunel a proiectat pentru calea ferată la Londra faimosul tunel Box cu căptuşeală subtire şi radier boltă-întoarsă.

Fig. 10. (a) un principiu al NATM: căptuşeală subţire (temporară şi finală);

(b) tunelul Box proiectat de Brunel, Londra, 1836. Oficial, NATM este definită ca metoda de construcţie a unui tunel utilizând tehnica

excavării frontului deschis cu o căptuşeală executată din torcret, adesea cu utilizarea adiţională a ancorării terenului.

Argumentele cele mai des folosite în a justifica redenumirea metodei torcretării în NATM sunt următoarele:

− Rabcewicz a inventat şi brevetat NATM în 1948; − Rabcewicz a introdus torcretarea şi ancorarea la construcţiile de tunel; − Brunner a inventat şi brevetat NATM în 1955; − Pacher postulează curba caracteristică de răspuns a terenului sub formă concavă ca

un concept de bază a NATM; − NATM se bazează pe o serie de principii date de către Müller. Rabcewicz patentează numita „Procedură pentru Căptuşeala Deschiderilor Subterane”,

în mod specific tunele, depusă în 1948 şi publicată în 1950. Aceasta se referă la excavarea întregii secţiuni şi sprijinirea cu două căptuşeli de beton, ambele executate în cofraje (fig. 11). El deasemeni propune măsurarea deformaţiilor pentru controlarea presiunii rocii, deşi căptuşelile sunt rigide. În patent nu se menţionează nimic despre torcret, ancoraje sau arce metalice.

Fig. 11. Sprijinirea cu două căptuşeli de beton, ambele executate în cofraje

În 1955, Bruner lansează patentul „O metodă pentru construcţia galeriilor, tunelelor şi

puţurilor în roci slabe” în Austria şi Germania. Aceasta constă în căptuşirea profilului excavat imediat după împuşcare cu un strat de torcret cu întărire rapidă. La aplicarea stratului de torcret, o armatură de otel, de exeplu plasă, este înglobat în beton. Deasemeni el propune o metodă adiţională de excavare secvenţială cu înlocuirea sprijinirii de lemn printr-un strat subţire de torcret (fig. 12).

Fig. 12. Metoda adiţională de excavare secvenţială.

În 1964, Pacher propune curba de răspuns a terenului de formă specială concavă care începând din 1970 a atins reputaţia de a fi una din trăsăturile NATM.

Principiile NATM pot fi prezentate sumar şi plastic astfel: − căptuşeala trebuie construită nici prea devreme nici prea târziu, şi nici prea rigidă,

dar nici prea flexibilă.

1. 2. Principiile metodei.

Noua Metodă Austriacă (NATM) este o abordare sau o filosofie care integrează principiile comportării masei de rocă şi monitorizarea acesteia în timpul excavaţiei. NATM implică o combinaţie a mai multor mijloace consacrate de excavaţie şi tunelire, dar diferenţa este monitorizarea continuă a deplasării rocii şi revizuirea sprijinirii pentru a obţine cea mai stabilă şi economică căptuşeală.

Mobilizarea rezistenţei. Rezistenţa inerentă a terenului din jurul golului excavat

trebuie să fie conservată şi mobilizată până la maximum posibil (ex. deformaţia controlată a terenului este necesară pentru a dezvolta rezistenţa maximă).

Sprijinirea iniţială este dirijată pentru a permite rocii să se susţină singură. Rezultă că sprijinirea trebuie să aibă caracteristici încărcare-deformaţie convenabile şi să fie plasată la timpul potrivit.

Sprijinirea iniţială. Minimizarea relaxării terenului şi a deformaţiilor excesive poate

fi realizată în diferite moduri, dar în general un sistem de sprijinire iniţială constă într-o ancorare sistematică a rocii şi folosirea unei căptuşeli subţiri de torcret semiflexibilă.

Indiferent de sprijinirea folosită, este esenţial ca ea să fie plasată şi să rămână în contact fizic cu terenul şi să se deformeze odată cu el.

Sprijinirea flexibilă. NATM este caracterizată prin versatilitate/adaptabilitate ceea ce

conduce mai curând la o sprijinire flexibilă decât la una rigidă. Astfel, consolidarea nu se face cu o căptuşeală groasă de betot ci cu o combinaţie

flexibilă formată din ancore, plasă de sârmă şi cintre metalice. Sprijinirea iniţială va constitui parţial sau în totalitate sprijinirea finală necesară şi

dimensionarea celei de a doua căptuşeli va depinde de rezultatele măsurătorilor. Măsurători. NATM necesită instalarea instrumentelor de măsurat odată cu montarea

căptuşelii iniţiale din torcret pentru a monitoriza deformaţia tunelului şi încărcărcarea sprijinirii.

Acestea furnizează informaţii asupra stabilităţii tunelului şi permite optimizarea încărcării capabile a inelului format de masa de rocă.

Închiderea radierului boltă-întoarsă. Închiderea radierului boltă-întoarsă pentru

formarea inelului portant al masei de rocă este esenţială. Pentru tunelirea în terenuri slabe, radierul boltă-întoarsă trebuie închis repede şi nici o secţiune a suprafeţei excavate nu trebuie să fie nesprijinită, fie chiar şi temporar.

Pentru tunelele executate în roci, masei de rocă trebuie să i se permită o deplasare înainte ca sprijinirea să aibă efect deplin.

Fazele de excavare. Lungimea de tunel rămasă nesprijinită în orice moment al

construcţiei trebuie să fie cât mai mică cu putinţă. Dacă este posibil, excavarea tunelului trebuie realizată pe întreaga secţiune intr-un

timp minim cu deranjarea minimă a terenului prin împuşcare. Elemente contractuale. Deoarece, conceptul NATM se bazează pe monitorizarea

masurătorilor (ex. conceptul observaţional), schimbările în sistemul de sprijinire şi metodele de construcţie să fie posibile şi prevăzute intr-un sistem contractual.

Toate părţile implicate în proiectare şi execuţie, inginerii consultanţi, inginerii contractanţi şi muncitorii trebuie să înţeleagă şi să accepte conceptul NATM şi să adopte o atitudine de colaborare în luarea deciziilor şi rezolvarea problemelor.

Avantaje. Principalul avantaj al NATM îl reprezintă economia rezultată din adaptarea volumului de sprijinire instalat la condiţiile de teren, în opoziţie cu sprijinirea instalată în scenariul cel mai grav previzibil pe întreg tunelul.

Siguranţa lucrării este mult mai uşor de asigurat, pentru că dimensiunile şi configuraţiile secţiunii adoptate la realizarea avansurilor pot fi adaptate la gradul de instabilitate a frontului de lucru.

Dezavantaje. Una din principalele probleme este nevoia de cooperare dintre

beneficiari şi contractanţi în a decide, de la o zi la alta, tipul de sprijinire ce trebuie instalată. Nu este uşor a realiza acest lucru în condiţii adverse des întâlnite. De asemenea,

filosofoa „un om, un job” a grupului contractant tinde sa strice avantajele economice, deoarece cea mai mare parte din sarcini sunt în mod necesar realizate secvenţial, unele dintre ele de către muncitori din alte meserii.

Ritmurile zilnice sunt de multe ori mai mici, şi în terenuri slabe, este necesar în general o sprijinire mai puternică a frontului de lucru, decât la tunelele executate cu scutul. Clasificarea masivelor de rocă.

1. Elemente componente.

4. 1. Susţinere provizorie.

4.1. 1. Ancore Daca in primii ani de aplicare a metodei ancorele erau considerate drept un element de

sustinere secundar a fost suficient ca sa se intalneasca situatii deosebite si care au fost depasite prin aplicarea intensiva a ancorajelor ca in scurt timp ancorajele sa devina componenta esentiala a sistemului de sustinere.

Ce sunt ancorele? Multi specialisti considera ancorele element de sustinere. Realitatea este cu totul alta. In conceptui NATM se vorbeste cu insistenta de o sustinere compusa formata din masa de roca (componenta principala) si sustinerea propriu zisa aplicata asupra suprafetei expuse a masei de roca (componenta secundara).

De ce este sustinerea componenta secundara? Deoarece dimensionarea sustinerii este in functie de capacitatea portanta a masei de roca. Dimensiunile ei difera in functie de conditiile geologice, astfel existand constructii subterane la care sustinerea lipseste, cu toate ca metoda NATM ca atare este aplicata.

Pentru ca ancorele, indiferent de tipul lor, actioneaza nemijlocit asupra terenului si nu in 'exteriorul' lui ele nu pot intra in categoria elementelor de sustinere, ci, mai probabil, in categoria mijloacelor ce fac parte din grupa elementelor de consolidare, asa cum sunt spre exemplu injectiile de consolidare si asecarile.

Consolidarea masei de roca este un procedeu nu numai costisitor, dar mai ales greu de verificat si testat.

Ancorele ajuta in limitarea miscarii terenului cauzata de mecanisme variate. Blocuri mari pot fi fixate de masa gazda de-a lungul discontinuitatilor si fisurilor initiale. Miscarile cauzate de relaxarea eforturilor pot fi retinute si pentru tunele in terenuri mai slabe, ancorajele sistematice pot crea o zona de material fretat in jurul golului ajutand astfel terenul sa-si restabileasca echilibrul natural de autoportanta.

Se disting doua tipuri de baza: a) ancorele care sunt tensionate la instalare si b) cele care sunt netensionate si devin solicitate pe masura ce incarcarea le solicita.

a) b)

Fig. 36

In principiu ancorele au rolul sa fixeze blocuri care au tendinta sa se desprinda datorita gravitatiei (a); sau a celor care sunt predispuse pentru alunecarea pe o suprafata de discontinuitate (b). Primele ancore au fost cele cu pana.

Ancore cu cap expandabil

Ancorele tensionate sunt folosite in roci mai competente si sunt de doua tipuri. Ancore

mecanice care au o componenta care printr-o actionare mecanica este largita si fixeaza ancora de peretii gaurii, cu posibilitatea ca ulterior sa se realizeze o injectie de umplere. Ancorele care utilizeaza capsule de rasini cu doua viteze de intarire, inceata si rapida care permit ca bara sa fie solicitata de zona in care intarirea are loc rapid si ulterior devine complet ancorate prin intarirea rasinii cu priza lenta si care umple restul gaurii.

Exista o mare varietate de ancore netensionate care-si gasesc o mai mare stabilitate in terenuri mai slabe, mai puternic fracturate. Ancorele cimentate cu mortar sunt poate cele mai simple dintre ele. Pentru inceput gaura ancorei este umpluta cu mortarul de ciment in care apoi se insereaza bara metalica. Incarcarea terenului este transferata prin umplutura de injectie la elementul de sustinere metalic. Acest tip este cunoscute sub denumirea de SN.

Ancorele cimentate cu ciment sunt poate cele mai simple. Ele sunt instalate prin pomparea unui mortar consistent in gaura si impingerea dupa aceea a barei in amestec. Injectia este acum disponibila in capsule perforate de plastic care sunt inmuiate in apa inainte de a fi introduse in gaura si sparte pe masura ce bara este impinsa in amestec.

Ancore netensionale. Ancore cu postinjectie, sau PG

In cazul folosirii unor ancore lungi devine dificila introducerea ancorei in gaura umpluta cu

mortar si se prefera ca injectia sa se faca printr-un tub de plastic ulterior introducerii ancorei. Un posibil aranjament pentru o ancora cu post-injectie este aratat in figura anterioara

Ancore netensionate. Ancore cu preinjectie, sau SN

Ancore ceva mai sofisticate implica tipul Swellex. Acest sistem se bazeaza pe un tub din

otel subtire care se introduce in gaura sub o forma pliata. Odata inserata, este expandata pe peretii gaurii prin intermediul unei injectii de apa de inalta presiune. Aceasta este o metoda foarte usoara, eficienta si rapida de instalare a armarii rocii.

Tipul Split-Set este un alt exemplu de stabilizator eficient prin frictiune in roci.

In proiectarea sustinerii prin ancoraje se porneste de la doua premize: − ancoraje locale, caz in care se presupune ca prin ancorare se blocheaza tendinta de

desprindere a unor blocuri care se poate produce fie datorita actiunii gravitatiei fie ca urmare a tendintei de alunecare pe un plan de discontinuitate asa cum schematic s-a prezentat in figura anterioara.

− ancoraje sistematice (astazi cel mai raspandit sistem), caz in care se porneste de la ipoteza ca se obtine o 'coasere' a stratelor separate prin plane de discontinuitate imbunatatindu-se astfel caracteristicile portante ale masei de roca. Acest principiu este aratat in figura urmatoare.

Fig. 37

Dupa cum se vede se face o distinctie intre ancorele 'tensionate' si cele 'netensionate'

considerindu-se ca cele tensionate sunt mai 'durabile' sau mai 'eficiente'. Aceasta a fost conceptia anilor 70-80, conceptie care astazi poate fi considerata depasita.

Practica a dovedit ca ancorele, indiferent de tipul lor, nu pot fi instalate decat la mai multe

ore de la realizarea excavatiei. De asemenea in conditii geologice mai nefavorabile este nevoie ca inainte de inceperea instalarii ancorelor roca sa fie sustinuta fie printr-un strat de torcret de acoperire, fie, asa cum cel mai adesea se practica, cu primul start de torcret si plasa, eventual dupa pozitionarea cintrei sau a arcului cu zabrele. Aceste lucrari fac ca momentul instalarii ancorelor sa fie intarziat si mai mult de momentul realizarii golului. Ca urmare folosirea ancorelor tensionate si-a pierdut din importanta.

O alta explicatie a renuntarii la practica tensionarii ancorelor rezida in numarul mare de esecuri.

In ultimii ani castiga teren un tip de ancora mecanica care este expandata in gaura cu ajutorul presiunii apei si se fixeaza in gaura de ancora, cunoscuta sub denumirea de Swellex .

Ancora tip Swellex

Pentru terenuri in care gaura forata nu are un timp de stabilitate suficient de mare pentru

extragerea burghiului si introducerea si fixarea ancorei se recomanda folosirea ancorelor autoforante si autoinjectante din familia cunoscuta sub denumirea de IBO .

Ancora tip IBO

Adesea ancorele se mai impart si in 'permanente' si 'temporare'. Interpretari ale termenilor

deschide, probabil, aria cea mai vasta de dezbateri in conceptele moderne ale sustinerii in roca. Este greu de pus o delimitare intre ce se intelege prin termenii de 'permanent' si 'temporar', si daca aceste definitii sunt relevante in abordarea moderna a mecanicii rocii sau pamanturilor?

Cu toate ca, probabil, prima zona a unei potentiale neintelegeri, este in aceasta definitie a rolului mijloacelor de armare a rocii. Ancorele stabilizeaza masa de roca prin prevenirea desprinderii blocurilor slabe, prin marirea rezistentei de forfecare a discontinuitatilor si prin intensificarea naturii de interblocare a blocurilor individuale. Intentia este de a se stabili in ce masura in masa de roca se formeaza o zona armata care sa mentina integritatea spatiului excavat,

asigurandu-se totusi o flexibilitate suficienta pentru redistribuirea eforturilor. In acelasi timp ea asigura o rigiditate suficienta pentru a se minimiza dilatanta discontinuitatilor. Satisfacerea tuturor acestor cerinte implica o contradictie intre termeni.

Cuvintele 'permanent' si 'temporar', asa cum s-a mentionat in contextul ancorelor pasive, pare sa faca referire la trei aspecte ale tehnologiei: diferentele tehnice si practice, referirile conceptuale si consideratiile contractuale.

Contractual, se afirma ca ele au aparut de la conceptul astazi larg raspandi: de a se construi tunele camasuite cu torcret in care ancorele si seturile din otel asigura stabilitatea si siguranta pe cand camasuiala finala din beton gros si puternic armat asigura sustinerea finala. In mod traditional, constructorul era responsabil pentru sustinerea provizorie, pe cand consultantul fiind responsabil pentru proiectarea camasuielii finale.

Astazi, ca urmare a pasilor inainte in cunostintele de mecanica rocii, mijloacele de armare a rocii, fie prin ele insele sau in combinatie cu alte elemente de sustinere precum plasa de sarma si torcretul, corespund ambelor deziderate.

O camasuiala din beton mai subtire si nearmata este turnata apoi mai de graba drept finisaj interior decit un demers structural de portanta. Pentru a descrie aceste doua faze termenii de 'primar' si 'secundar' sunt astazi preferati in locul celor de 'provizoriu' si 'permanent'.

Cintre metalice si arce cu zabrele

Betonul torcretat Generalităţi Betonul torcretat este betonul pus în operă prin proiectare pe suprafaţa de aplicare. Există două metode de punere în operă: uscată şi umedă. Aplicarea amestecului prin procedeul uscat de torcretare constă în aceea că amestecul

realizat din agregate cu umiditatea naturală şi cimentul este introdus în maşină şi apoi transportat cu aer comprimat până la ajutaj unde se injectează dozajul de apă şi se caracterizează prin: viteza mare de proiectare a amestecului (betonului) 80 - 100 m/s şi posibilitate de transport orizontal la distanţă mare (până la 500 m) şi vertical (până la 150 m).

Aplicarea amestecului prin procedeul umed de torcretare constă în aceea că amestecul cu

apă adăugată este vărsat în maşină de unde este împins prin pompare în conductă până la ajutaj unde se introduce aerul comprimat necesar proiectării şi se caracterizează prin: viteza de proiectare mai redusă (10 - 40 m/s) şi posibilitatea de a proiecta un debit mare.

Betonul torcretat notat simbolic mai jos prin"BT" se realizează în straturi succesive de 3 cm

grosime. Susţinerea primară a galeriei, se execută în următoarele soluţii de principiu: - Ca strat de protecţie de 3 - 6 cm grosime medie, aplicat pe roci fisurate cu tendinţă de degradare în timp şi cu desprinderi superficiale; granulă maximă 5(7) mm. BT se aplică peste plasa de protecţie fixată de rocă prin ancore betonate;

- Ca susţinere de rezistenţă simplu armată de 6 - 12 cm grosime medie, granula max. 16 (20) mm. BT, se aplică pe o plasă sudată de tip Buzău, fixată cu ancorele de rezistenţă de 1,0- 1,5 m lungime; - Ca susţinere de rezistenţă dublu armată de 9 - 15 cm grosime medie. BT se aplică pe roci slabe, cu tendinţă de curgere, la care se realizează ca susţinere iniţială cintre metalice sau arce cu zăbrele şi plasă sudată, completată obligatoriu cu ancore. Pentru a se asigura continuitatea în preluarea eforturilor, plasele de rezistenţă alăturate se

suprapun pe lăţimea de două ochiuri. Pentru realizarea BT în special pentru straturile de rezistenţă sau cele aplicate pe roci slabe

cu tendinţa de instabilitate, se vor folosi acceleratori de priză. Se recomandă următorii acceleratori de priză pentru realizarea BT:

- clorură de calciu - sigunit - baragunit Nu se recomandă realizarea stratelor de BT fără utilizarea acceleratorilor de priză. Execuţia lucrărilor de BT va fi încredinţată numai unor echipe de muncitori calificaţi cu

suficientă experienţă în acest gen de lucrări. . Înainte de aplicare BT, roca se curăţă astfel:

- Copturirea obligatorie la toate tipurile de roci; - Rocile de tip II, III şi IV se curăţă prin suflare cu apă şi aer sub presiune - Rocile de tip V se curăţă prin suflare cu aer sub presiune;

Deoarece in aplicarea BT se creează condiţii dificile de lucru (ricoşeuri. praf, prezenta acceleratorilor de priză), este absolut obligatoriu ca muncitorii să fie dotaţi din punct de vedere. al protecţiei muncii corespunzător acestor condiţii speciale, cu măşti, ochelari de protecţie, salopete etc. Nu se admite începerea aplicării BT fără asigurarea acestor condiţii elementare de NPM.

O parte din amestecul proiectat pe, suprafaţa de depunere ricoşează neaderând la suprafaţa suport. Procentul de ricoşeu variază cu granu1aţia agregatelor folosite, cu existenţa unor armături sau alte obstacole: pe traseu, cu natura şi rugozitatea suprafeţei de depunere şi evident cu calificarea operatoru1ui. Orientativ, se citează. valorile:

- suprafeţe înclinate favorabil: 5- 15% - suprafeţe verticale: 20- 30% - suprafeţe în boltă: 20- 40%

In cazul sprijinirilor sau căptuşelilor din BT armate cu plasa de rezistentă tip Buzău sau de protecţie, orientarea jetului de amestec va asigura atât umplerea completă a spaţiului dintre armătură şi plasa cât şi acoperirea integrală a armăturii.

Plase din otel – beton

Armarea minima constructiva a sprit betonului in bolta calotei si in camasuiala exterioara si interioara a galeriilor laterale consta din 2 straturi de plase din otel-beton. Ca armare exterioara dupa fiecare atac se foloseste o lista de plase Q257. Armarea interioara formata dintr-o singura plasa Q295 se monteaza de fiecare data peste doua campuri. In zona de contact a plaselor se asigura o suprapunere a ochiurilor in ambele directii. Suprapunerea plaselor la contact se face de fiecare data pe o latime de 20cm. In acest caz bara laterala a unei plase ce urmeaza sa fie pozata se gaseste in campul plasei marginale deja montate. In acest fel se respecta armarea minima constructiva de cm²/m.

Fig. 52: Sistem plasa Q257 cu bare laterale demontate. Pentru a obtine un inel din beton armat inchis care sa preia in mod egal sarcinile ce apar,

trebuie prevazuta o armare de racordare intre sectiunile partiale ale profilului tunelului in care are

loc lucrarile de inaintare.

Fig. 53: Imbinari intre plase conform DIN 1045. Realizarea excavatiei

Diagrame de impuscare

Utilaje pentru saparea terenului

Excavatoarele de tunel sunt echipate atat cu o cupa directa pentru lucrarile de sapare cat si

cu o cupa universa pentru saparea radierului. Pentru a castiga timp la schimbarea cupelor, excavatoarele de tunel sunt dotate cu instalatie rapida de schimbare. Excavatoarele de tunel se folosesc la inaintarile mecanizate cu utilaje la asa zisele sapari partiale.

Asemenea utilaje se construiesc pentru tunele cu diameter de 1 pana la 12 m, adica pentru sectiunile

cele mai mici pana la cele mai mari. Folosirea lor totusi limitata de natura si rezistenta rocii.

Avantajul acestor excavatoare de tunel care lucreaza in regim continuu rezida in faptul ca pot sapa

si in steril cu blocuri mai mari.

In cazul utilizarii in subteran a excavatorului de tunel, acesta trebuie sa fie echipat cu filtre pentru retinerea de particule diesel, pentru a reduce emisiile de gaze daunatoare.

Fig.15. Excavator de tunel LHR 932 si LHR 900 HDS cu cupa directa

Fig.16. Excavator de tunel cu instalatie rapida de schimbare a cupei Utilaje pentru transportul sterilului

Pentru transportul sterilului se folosesc autobasculante joase respectiv asa numitele dumpere .

Numarul autobasculantelor se adapteaza nevoilor de inaintare a lucrarilor de constructie

adica distantei de parcurs, urmarindu-se sa se dispuna de o dotare cat mai economica pentru

activitatea de transport.

Autobasculanta joasa gratie unei articulatie de cotire unghiulara montata intre parte

posterioara si cea din fata a acestui mijloc de transport permite frangeri (cotiri) laterale de pana la

400.

Fig.19. Autobasculanta joasa Kaeble KV 25N

Datorita acestui lucru, mijlocul de transport se poate aseza in interiorul tunelului in pozitii

mai favorabile de incarcare.

Utilaje pentru executarea de lucrari de forare

Pentru executarea gaurilor forate se utilizeaza care de forare. Gaurile forate se executa in

avans in jurul spatiului gol pentru introducerea de frigari si a ancorelor de asigurarea sustinerii

masivului.

Carul de forare ATLAS COPCO 322 DC 90 Acest car de de forare deja folosit, executa intreaga gama de gauri in galeriile laterale

precum si in calota, pana la decuplarea in sectiuni transversale partiale a inaintarii.

Odata cu introducerea hidraulicii in procesul de productie s-a dezvoltat si foratul actionat

hidraulic, care dispune de un sistem de raglare a rotirii fara trepte, adica un ciocan percutant care

poate lucra cu bataie si rotire (turatie de rotire 0 cand lucreaza numai percutant). Rotirea se

realizeaza cu ajutorul unui motor de rotire separate prin intermediul unui angrenaj ce transmite

rotirea la stutul de cuplarea prajinii. Actionarea percutiei si rotirii se face integral pe cale hidraulica,

ambele fiind integrate in corpul ciocanului. Pentru indepartarea detritusului rezultat in timpul forarii

este necesara o spalare cu apa sau o suflare cu aer.

La ciocanele cu percutie si rotire, coroana din capul prajinii ramane tot timpul in contact cu

roca.

Utilaje pentru sustinerea inaintarii

Pentru executarea lucrarilor de sustinere la inaintarea, e mereu nevoie de o platforma de

lucru ridicatoare.

Aceasta platforma serveste pentru fixarea plaselor de armare in calota, precum si de poduri

de lucru pentru manipulantul duzei la sprituirea radierului. Aceasta platforma se foloseste si la

reasezarea coloanei de aerisire care urmareste la o anumita distanta inaintarea frontului.

Platforma ridicatoare permite lucrul la inaltimi de 5 pana la 8 m. La NMT se folosesc doua

platforme ridicatoare:

Evolutia inaintarii la calota.

Fig. 47: Sectiunea longitudinala : primul si al doilea atac la calota, inaintare la calota.

In procesul de inaintare in calota se practica doua atacuri pe lungimi

partiale. Acestei zone partiale a sectiunii terminale sicanate ii urmeaza apoi

zone sambure/radier.(vezi in sensul acesta si fig.1).

1. Primul atac in calota-campul (c) –lungime atac A ca la galerii laterale.

2. Stabilizarea peretelui executiei-stabilizarea brustului .

3. Montarea armaturii exterioare.

4. Montarea cintrelor.

5. Sustinere premergatoare.

6. Realizarea camasuielii din sprit beton dreal = 5cm.

7. Al doilea atac in calota-camp (d) impreuna cu punct 2 pana 6.

8. Montarea celei de a doua armaturi peste 2 campuri.

9. Trena (tragerea din urma a samburelui de sustinere, necesar pentru

ancorare).

10. Forarea ancorelor si montarea placilor suport.

11. Pretensionarea ancorelor(-30kN) in cele doua campuri din urma.

12. Completarea camasuialii din sprit beton la dreal

13. Trena radierului calotei peste 2 atacuri.

Masuratori facute la suprafata

Nivelment la suprafata terenului In constructia de tunele aflate la adancimi mici, terenul deasupra ariei tunelului este ridicat

prin nivelmetre care insotesc executia tunelului, deoarece se exacuta si nivelmentul partilor laterale

si spate ale fundatiilor unor constructii limitrofe precum si a unor profile transversale special alese.

In unele situatii masuratorile aferente servesc ca element demonstrativ in altele pentru a putea

verifica in ce masura metodele de executie aplicate conduc la atestarea ipotezelor de calcul ale

tasarilor sau a celor apreciate apriori.

Nivelmentul terenului de la suprafata se executa in zona influentata de viitoarea constructie

a spatelui gol, folosind reperele de masurare prevazute in proiect. Aceste repere sunt dispuse in

zona axei tunelului, zone in care conform calculelor statice privind tunelul sunt asteptate tasari.

In concordanta cu sectiunile transversale ale tunelului supuse masuratorilor se planteaza la

suprafata borne corespunzatoare si la cladiri. In acest mod se poate obtine o loja intre masuratorile

facute in tunel si cele de pe suprafata terenului.

Stabilirea cotelor de inaltime se face cu ajutorul unui aparat electrooptic cu o abatere

standard de 1,2mm/Km, cu nivelment dublu.

Bornele punctelor care urmeaza a fi masurate se monteaza in teren sau pe cladiri inainte de

executia lucrarilor la tunel. Dupa fixarea definitiva a acestor borne urmeaza masuratorile de

nivelment zero. Masuratoarea zero permite apoi contrapunerea rezultatelor masuratorilor efectuate

in zone de influenta a lucrarilor de inaintare cu cele ale punctelor din zone nederanjate.

Masuratori extensometrice

Pentru a studia cauza producerii de deformatii in urma executarii lucrarilor de escavatii din

tunel este necesar sa se cerceteze si deformatiile masivului din zona aferenta pozitiei tunelului.

In acest scop s-a recurs la folosirea unui extensometru. Aparatul masoara miscarile pe

verticala ale axei longitudinale a unei gauri forate (extensiunea acesteia)

Extensiometrul cu tija permite masurarea unuia sau a mai multor puncte fixe fata de un

reper din fundul gaurii forate cu ajutorul tijei, folosind un aparat de masurat digital.

Cota terenului

Capul de masurare

Capacul stradal oval ptr. trotuar si carosabil D 4055, sau functie de sarcine alta forma

0,15m

MP 6

MP 5

MP 4

MP 3

MP 2

MP 1

Placa de beton

Cimentarea punctului de la capacGaura forata

Umplerea gaurii forate se recomanda in functie de terenul de fundatie

Amestecuri de injectii valori apropiateApa(litri)73858280

405055

Ciment

25(kg)

55,55,5

Bentonita

5(kg)

100100100

Cantitate

85(litri)

460950

1050

Modul E

180(I)

48010505200

Dupa zile Kg/cm

27014

88022005300

34021

110027005400

40028

2

Punct de ancorare din otel cu narvura Ø20mm de 0,5m lungime

Rezistenta la tensiune 1-3 Kg/cm Materialul se comporta plasticin caz de scurgere eventual adaos de agregate fine

Tija dintr-o teava manson din PVC 16x2mm din fibra de sticla

Vedere de sus a gaurii forate Sc 1:25Diametrul gaurii forate Ø150mmCapacitate /gaura 18 litriTija extensiometrului Ø16mmMaterial de umplere: apa bentonita cimentCiment Portland - StandardBentonita activa - Bentonita (Tixoton)Amestec apa - Bentonita - apoi ciment malaxat si apoi pompat

Adancimea gaurii = lung. extensiometrului + 0,5m

2

4. 2.             Fig. 79: Structura unui extensiometru cu tija 

Fig. 80: Asezarea extensiometrului in raport cu sectiunea transversala a tunelului Masuratori clinometrice Deplasari normale fata de o gaura forata se masoara cu ajutorul clinometrului.

Acesta este denumit si ca instrument de masurare vertical – inclinat. In cadrul NMT acest

aparat a fost instalat in zonele tunelului pentru supravegherea stabilitatii taluzelor dispuse

pericolului de alunecare precum si masurarea deformarilor din zona afanata din jurul

portalului nordic.

Principiul de masurare cu aparatul de masurare a inclinarilor consta in aceea ca un

tub de ghidare cu sonda este deplasat treptat de jos in sus. Pe fiecare treapta de

masurare, sonda inregistreaza unghiul de ridicare intre verticala si pozitia sondei intr-un

plan de masurare. Aparatul de inregistrare reda fie sinusul unghiului de ridicare sau

abaterea orizontala (mm/ trapta). Pentru obtinerea unei masuratori mai exacte si

eliminarea de greseli de masurare se poate utiliza utiliza o masurare rasturnata cu rotirea

cu 1800 a sondei. Prin insumarea rezultatelor obtinute la masuratori se determina aliura

urmata de tubul de masurare in gaura forata, prin compararea masuratorilor la doua date

(termene) de masurare cu deformatiile tubului intervenite in timp.

Controlul profilului

Controlul profilului se face cu ajutorul asa zisului disc de tunel, compus dintr-o placa

rotunda din aluminiu in care e implantata o prisma. Distanta intre marginea discului si pana

la conturul prismei este prestabilita. Discul de tunel este tinut de catre un ajutor de

topometrist la 1m interdistanta de pasi, tot timpul intr-un plan al camasuielii exterioare din

sprit beton executata si apoi, mai tarziu pe muchia interioara a camasuielii interioare.

In acest timp se inregistreaza in fiecare sectiune transversala un numar bine stabilit

de puncte suprapuse, ceea ce permite inregistrarea lungimii desfasurate a gemetriei

profilului respectiv a geometriei camasuielii interioare pe baza unui numar suficient de

puncte masurate. Raza de tintire a teodolitului prinde in mod sigur centrul discului de tunel

si inmagazineaza valoarea acestuia intr-un punct cu un numar prestabilit. Prin valorificarea

imediata cu ajutorul unui software special se interpreteaza punctele inregistrate in modulul

de inmagazinare a teodolitului si in raport cu axa tunelului e reprezentat intr-un grafic

precum se arata in fig. 39. Astfel conducerea santierului poate constata imediat eventuale

situatii proaste si le poate contracara. Din valorile medii ale acestor puncte se poate

determina cubajul in metri cubi a suprafetelor pentru portiunea de traseu intre doua

sectiuni transversale de masurare invecinate. Conducerea santierului poate atunci estima

suplimentul de consum marit de beton la camasuiala interioara si cheltuielile suplimentare.

Masuratori de convergenta Deformabilitatea sustinerii si a lucrarilor finale de sustinere in functie de starile

intermediare ale constructiei se poate supraveghea simplu cu ajutorul masuratorilor de

convergenta.

Bolturile de convergenta montate in cadrul proiectului NMT functioneaza fara diode

iluminate, in schimb sunt echipate cu un reflector. Determinarea coordonatei zero se face

si in acest caz imediat dupa montarea boltului.

Fig. 82: Bolturi de convergenta in camasuiala de sptit beton cu schema de

masurare

Inregistrarea tehnica topo si ridicare topo a punctelor de convergenta, care se

inglobeaza in beton la fiecare 10m distanta, se face prin urmarirea deplasarii absolute a

camasuielii tunelului.

Fig. 83: Masuratori de convergenta cu reflectoare

CAMASUIALA INTERIOARA Realitatea ca o camasuiala exterioara existanta calculata care preia sarcinile

masivului si o constructie portanta interioara, calculate, totusi pe departe neincarcata,

intrucat se realizeaza dupa consumarea deformarilor, este evident nemultumitoare din

piunct de vedere economic. La aceasta se mai adauga si cerinta actuala, justificata pentru

economisirea de resurse in care se incadreaza consumurile de materiale de constructii.

Totusi nevoia de a sigura o calitate superioara a camasuieli tunelului si necesitatea unei

stabilitatii suficiente precum si o utilitate deasemenea suficienta au condus la realizarea a

doua camasuieli. Separarea stricta a problemei celor doua camasuieli consta in aceea ca

cea exterioara in contact cu masivul asigura impreuna stabilizarea spatiului gol deschis

pana la realizarea unei securitati finale ( camasuiala intrioara ).

Alte cauze pentru o solutie cu doua camasuieli sunt pe de o parte pretentiile privind

etanseitatea, iar pe de alta parte influenta redusa asupra mediului din zona interioara a

orasului. In cazul de fata trebuie analizata problema privind protectia auditiva sau a celor

de transmitere de vibratii ( fenomenul de sonor in corp ).

Camasuiala interioara din beton armat, calitatea B35 WU etansa la presiuunea apei se

realizeaza concomitent cu desfasurarea lucrarilor de inaintare. Aceasta influenteaza

lucrarile de armare si procesul propriu zis de cofrare si betonare. De fapt se incepe cu

lucrarile de etansare, lucrari de armare, dupa ce in prealabil inginerul topo a certificat

dimensiunile stabilite pentru camasuiala exterioara pe baza controalelor efectuate anterior.

Cofrare Cofrajul folosit este un cofraj metalic.

Fig. 13. Carul de cofrare in stadiul de montaj

Acesta impreuna cu constructia de sustinere formeaza un tot care reprezinta carul de

cofrare. Acest car de cofrare se deplaseaza pe sine in care scop e prevazut cu doua

electromotoare. Suprafata cofrajului poate fi considerate neteda, etansata prin placi.

Montarea carului de cofrare este corespunzatoare, daca in timpul betonarii nu apar

deformatii, tasari si abateri fata de geometria proiectata a camasuieli interioare care sunt

excluse.