Tekanan lemah ing terowongan

Tekanan marang terowongan kasusun saka (gambar 1):

Sl. 1. Gaya tekanan sing tumindak ing trowongan

a) tekanan vertikal P ing puncak, diarani tekanan puncak,

b) tekanan horisontal S, sing diarani tekanan sisih,

c) reaksi ing dhasar A, sing diarani tekanan dhasar.

Gedhene tekanan tanah marang terowongan ana ing wates sing amba banget. Ing wiwitan, nalika pambobolan terowongan, tekanan gunung isih relatif cilik lan ana ing kisaran saka 0 nganti 0,50 kp/cm2, nanging sawisé pambobolan mundhak lan ana ing kisaran saka 0,8 nganti 12,0 kp/cm2, gumantung marang jinis lemah lan sifat fisiké, dhuwuré lapisan ing ndhuwur terowongan lan gedhene gerakan ing lemah sing muncul minangka akibat tekanan saka lapisan ndhuwur. Amarga gumantung marang macem-macem faktor, penentuan tekanan gunung marang terowongan dadi luwih angel, mula kanthi cara teoritis ora bisa ditemtokake nilai tekanan tanah sing pas, nanging mung kira-kira. Nglawan pangaruh tekanan tanah marang profil terowongan ana tahanan njero saka lemah. Yen lemah panggonan terowongan digawe saka watu sing atos lan padhet, tekanan marang profil terowongan cilik banget, amarga bobot lapisan ing ndhuwur terowongan ditampa dening tegangan geser saka watu atos kasebut. Ing kasus kaya mangkene ora perlu nggawe lapisan terowongan utawa penyangga nalika pambobolan terowongan, mula uga ora perlu nemtokake tekanan tanah marang profil terowongan.

Ing watu sing ora kompak lan gembur, tekanan amarga bobot lapisan ndhuwur marang profil terowongan bisa ngluwihi kekuwatan watu semacam iki, mula lemah bisa pecah lan njalari deformasi gedhe ing profil terowongan. Ing kasus kaya ngene iki kudu digawe penyangga nalika mbobol terowongan, banjur pelapisan terowongan sing bakal nahan tekanan gunung lan ngeterake liwat pondasi menyang lapisan sing luwih ngisor.

Ing lemah kenceng, tahanan internal dumadi saka kohesi lan gesekan, dene ing lemah ora kenceng mung dumadi saka gesekan tanpa kohesi. Nanging, amarga nilai kohesi sing owah-owahan ing pangaribawa kelembapan, uga lapisan-lapisan lemah kanthi komposisi sing beda-beda, kohesi ora dianggep minangka tahanan internal, mula ing lemah kenceng uga mung diitung gesekan internal. Mula ing kaloro kasus pungkasan iki dibutuhake pelapisan terowongan, tegese tekanan lemah marang terowongan kudu ditemtokake.

Kanggo nemtokake gedhene tekanan lemah marang trowongan, ana anggapan-anggapan iki:

1. Anggapan manawa tekanan tanah mundhak proporsional karo jero

2. Asumsi sing adhedhasar hukum keseimbangan badan remuk

3. Asumsi babagan pambentukan kubah pambebas beban ing lemah

4. Asumsi sing adhedhasar hukum elastisitas.

Anggapan yen tekanan mundhak sacara proporsional karo jero

Miturut anggapan iki, ing kubah trowongan (gbr. 2) tumindak tekanan puncak P amarga bobot lemah ing sakabehe dhuwuré ing ndhuwuré trowongan nganti permukaan lemah, lan ing ambané trowongan sing dibobol b. Mula, tekanan puncak iku

P = γ bt [Mp/m]

ing ngendi γ yaiku bobot volume lapisan lemah ing ndhuwur terowongan [Mp/m3], t yaiku dhuwuré lapisan lemah ing ndhuwur terowongan [m].

Anggapan iki mung ditampa ing kasus-kasus khusus, kayata yen lemah ing ndhuwur terowongan kasusun saka lumpur, sing meh ora nduweni tahanan njero, utawa saka lemah kohesif lan nonkohesif ing banyu lemah, nalika tahanan lemah luwih cilik tinimbang pangaruh bobot lemah.

Kasus kaya mengkono arang ditemoni ing praktik lan dianggep minangka kasus khusus. Ing kabeh kasus liyane, yen bisa diitung ana tahanan njero lemah, nentokake tekanan tanah marang terowongan adhedhasar anggapan iki ora bener, amarga anggapan kasebut menehi tekanan sing luwih gedhe tinimbang kahanan nyata.

Sl. 2. Nemtokake tekanan lemah ing terowongan kanthi anggepan manawa tekanan mundhak sacara proporsional karo ambane

Asumsi adhedhasar hukum kesetimbangan badan remuk

Gbr. 3. Penentuan tekanan tanah ing terowongan adhedhasar asumsi sing adhedhasar hukum keseimbangan awak granuler

Miturut anggapan iki, lemah gembur garing dianggep, lan tekanan ing kubah terowongan dianggep luwih cilik tinimbang bobot prisma ABA’B’ amarga pengaruh gaya gesekan ing permukaan vertikal AA’ lan BB’ (gbr. 3).

Adhedhasar asumsi iki ana sawetara rumus kanggo ngitung tekanan ing kubah terowongan, kayata rumus Forcheimer, Bierbaumer, lan Engesser.

Bobot total lemah ing ndhuwuré kubah trowongan yaiku W= γ bt, nanging prisma ABA’B’ ora bakal bisa nggeser mudhun kanthi bebas, amarga gesekan bahan ing lumahing AA’ lan BB’ bakal nentang gerakan iki. Yen o iku sudut gesekan njero lemah ing ndhuwuré kubah trowongan, koefisien gesek yaiku tgo, lan tekanan normal ing lumahing gesek sejatiné gaya lateral E, yaiku tekanan tanah aktif ing lumahing AA’ lan BB’. Mula, ing saben lumahing iki tumindak gaya gesek

Q = Ea tg_ϕ._

Tekanan P ing kubah terowongan, tekanan ing puncak, yaiku

Tekanan tanah aktif diitung miturut Rankine

Ea = ½ γt2 tg2(45o – ϕ/2)

Nemtokake tekanan tanah marang terowongan miturut asumsi iki jarang ditindakake lan mung ing kasus tartamtu, kayata nalika dhuwuré lapisan lemah ing ndhuwur terowongan cilik, mula kubah pelepas beban ora bisa kabentuk.

Asumsi babagan pambentukan kubah pambebas beban

Miturut cara iki, ing saben lemah kohesif lan nonkohesif, kajaba ing lumpur, ing ndhuwur terowongan kawangun kubah pengurang beban, saéngga marang profil terowongan mung tumindak bahan ing sangisoring kubah iku, déné kubah iku dhéwé tetep imbang amarga tumindak lengkungan, sing wis kabukten kanthi uji coba ing lemah pasir sing gembur. Kanggo nemtokake tekanan tanah marang terowongan miturut anggapan iki ana pirang-pirang cara, ing antarané sing paling misuwur yaiku cara Kommerell lan Protođakonov. Miturut cara Kommerell dianggep manawa kubah pengurang beban wujude setengah elips, lan miturut Protođakonov wujude parabola.

Metode Kommerell saka setengah elips tekanan

Miturut cara iki dianggep yèn dhuwuré kubah pangendhuran h gumantung marang ambané terowongan lan sudut gesekan njero lemah ing ngendi terowongan digali (gambar 4). Dhuwuré kubah pangendhuran h bisa ditemtokake adhedhasar rumus:

h = 100_a_/p

ing endi a yaiku penurunan pendhukung saka wiwitan penggalian terowongan nganti rampungé pamasangan pasangan tembok pelapis terowongan, p yaiku kelonggaran lemah sing permanen.

Gbr. 4. Nemtokake tekanan lemah ing terowongan miturut metode setengah elips tekanan

Ing kahanan sing becik dijupuk a = 10 – 15cm, ing kahanan ora becik a = 15 – 40cm, ing kahanan banget ora becik a = 40 – 70cm.

Kelangan gembur permanen tanah p ditemtokake ing tanah galian terowongan ing % sawisé penggalian lan pemadatan maneh. Nilai p ana ing wates sing diwenehake ing tabel 1.

Nanging sanadyan rumus ing ndhuwur kerep banget ditrapake ing praktik, dianggep ora cocog karo kasunyatan. Pangendapan a ora nduweni nilai absolut, nanging ing bahan sing padha beda-beda miturut jinis penyangga. Yen penyanggane saka baja, pangendapan luwih cilik, yen saka kayu pangendapan luwih gedhe. Kanggo profil trowongan normal ing rel sepur lan dalan, kanggo dhuwuré lapisan lemah ing ndhuwur trowongan t > 20 m ditampa manawa dhuwuré kubah pambebasan h=20 m.

Tekanan sisih. Miturut Kommerell, tekanan sisih muncul amarga pengaruh bobot prisma lemah ABC (woro-woro 4), sing diwatesi saka sisih pinggir dening lumahing geser AC lan bidang vertikal terowongan AB, dene saka ndhuwur dipunebani bobot prisma lemah CBG. Ing kéné diasumsikake manawa prisma lemah aktif diwatesi saka ndhuwur dening lumahing horisontal CB ing bidang pucuk kubah terowongan

Tabel 1. Nilai kira-kira lemah p ing %

Amarga bidang AB vertikal, bidang CB horisontal, mula dianggep ana kasus tekanan lemah Rankine, lan arah tekanan lemah aktif E horisontal. Miturut Rankine, kemiringan bidang meluncur AC marang horisontal kanthi sudut α=45o+ϕ/2, tekanan lemah aktif Ea yaiku

Ea = ½ _γh_2tg2(45o-ϕ/2),

ing ngendi γ yaiku bobot volume lemah ing Mp/m3, h yaiku dhuwure tembok penahan ing m, ϕ yaiku sudut gesekan njero lemah.

Amarga prisma tanah aktif ABC dibebani saka sisih ndhuwur dening bobot prisma CBG, ing kasus iki kanggo dhuwuré terowongan h’

Ea = ½ γ h’ 2tg2(45o-ϕ/2),

ing ngendi γ1 = γ + 2p/h’

ing ngendi p = Q/CB = Q/h’tg(45o- ϕ/2)

Bobot Q dipikolehi minangka selisih antara bobot W saka seprapat elips tekanan CEF lan bobot W1:Q = W – W1.

Bobot W diperoleh saka area A seperapat elips lan bobot volume lemah γ, W = Aγ. Area A diperoleh adhedhasar persamaan area elips: A = h·e·π/4

Kanthi ngetikaké nilai p ing persamaan kanggo Ea kita oleh:

Ea = ½ γ h’2 tg2 (45o-ϕ/2) + Q tg(45o-ϕ/2).

Tekanan puncak. Amarga kubah pambebasan simetris marang sumbu vertikal, mula tekanan puncak kanggo separo profil terowongan bisa diitung. Bobot W1 prisma lemah BEFG kanggo dawa terowongan 1,00 m yaiku:

W1 = (z+h)/2 · b/2 · 1,00 · γ

Ing persamaan iki kabèh wis dingerteni kajaba z, sing kita nemtokake adhedhasar persamaan elips (gbr. 5): b2x2 + a2y2 = b2a2. Ing kasus kita b=e; a=h; x=z;

Gam. 5. Nemtokaké tekanan punggung ing trowongan miturut métode setengah elips beban

Gbr. 6. Tekanan dasar p ing ngisor tumpuan

Tekanan dhasar. Amarga dianggep yen tekanan dhasar A padha karo tekanan puncak P, mula gedhéné wis ditemtokaké.

Yen profil terowongan nganggo lengkungan dasar, mula tekanan ing dhasar terowongan p yaiku: p = P/(b·1,00m) [Mp/m2].

Nanging yen kuwi kaku lan nduwèni daya dukung sing cukup gedhé, tekanan puncak P ditransfer dening opor kanthi jembar d marang lemah (gambar 6), mula tekanan ing ngisor opor yaiku: p = P/(2d·1,00m) [Mp/m2].

Perlu dicathet manawa ing kasus iki kudu ditindakake panyelidikan lapangan lan panentuan daya dukung lan penurunan lemah, amarga tau kedadeyan yen daya dukung lemah luwih cilik tinimbang tekanan dhasar, saéngga nyebabake deformasi lapisan trowongan lan penurunan sakabèhé trowongan.

Asumsi sing didhasaraké marang hukum elastisitas

Ing wektu sing luwih anyar muncul anggapan anyar, yaiku lemah dianggep minangka benda elastis homogèn isotropik sing marang dhèwèké bisa ditrapaké hukum-hukum elastisitas. Miturut anggapan iki, poros elastis lemah diekspresikaké nganggo modulus elastisitas E lan koefisien Poisson µ sing gumantung marang sipat fisik lemah. Nanging ing kasunyatan lemah dudu isotropik, nanging massa anizotropik, sing nilai modulus E lan koefisien µ-né owah miturut jero. Sanadyan ana panyimpangan iki, penerapan teori elastisitas kanggo nemtokake tekanan tanah nduwéni kapentingan ilmiah gedhé lan prospek kanggo panaliten sabanjuré.

Uji stabilitas lapisan terowongan ing pengaruh tekanan lemah

Kanggo mriksa stabilitas lapisan terowongan dipilih penampang melintang lapisan, lan migunani yen nggunakake conto terowongan sing wis digawe sadurunge ing kahanan padha kaya ing kasus iki, sing tetep apik kondisine, utawa penampang lapisan terowongan ditemtokake kanthi cara empirik (sl. 7a). Penampang lapisan terowongan sing dipilih banjur dipérang dadi lamela kanthi jembar sing padha yen bisa Δs. Kanggo saben lamela ditemtokake tekanan vertikal lan lateral, uga bobot lamela kuwi dhewe.

Tekanan vertikal PG marang lamel kanggo dawa trowongan 1,00 m (sl. 7a) dipikolehi adhedhasar rumus:

PG = (y1+y2)/2 · Δ_x_·1,00·γ

Gbr. 7. Penentuan tekanan tanah marang terowongan miturut metode Kommerll

Tekanan sisih dumadi saka tekanan tanah Eh, marang profil trowongan dhuwuré h’ lan tekanan Ea amarga tumindake beban Q

Eh’ = ½ γ h’2 tg2 (45o-ϕ/2); Ea = Q tg(45o-ϕ/2).

Kanggo nemtokake tekanan sisih Eh ing saben lamela pelapis, diagram tekanan sisih (7a) digambarake adhedhasar persamaan:

Gaya PG lan Eh tumindak ing sumbu-sumbu lamela sing cocog.

Saliyane kuwi, ditemtokake uga bobot lamela pelapis PZ, sing tumindak ing pusat gravitasié, lan ditemokake resultan R saka kabeh gaya ing lamela kasebut (gbr. 7b). Kanthi cara iki ditemtokake resultan R1, R2, R3 kanggo kabeh lamela (gbr. 8a), sing banjur disusun ing rencana gaya (gbr. 8b), saéngga dipikolehi resultan Rn. Banjur saka kutub sembarang O ditarik sinar lan digambar garis penyangga pisanan ac. Saka syarat yen kubah ana ing keseimbangan yen tekanan horisontal kubah H, resultan tekanan lemah marang terowongan _R_n lan tekanan sandaran A motong ing siji titik, kita entuk titik potong S. Yen titik iki disambungake karo titik tengah sambungan kubah ing panggonan tumpuan, kita entuk arah tekanan sandaran anyar A1. Yen gaya Rn, A1 lan H disusun ing rencana gaya anyar (gbr. 8c), kita entuk gedhene H lan kutub anyar O1 saka ngendi ditarik sinar anyar lan garis penyangga kapindho ac’.

Gbr. 8 Rencana gaya lan garis sandaran tekanan lemah ing trowongan

Miturut garis tumpuan anyar sing dipikolehi, profil melintang saka lapisan terowongan diatur, lan garis tumpuan banjur dikonstruksi maneh yen perlu nganti kaping telu. Tujuane yaiku supaya wangun lapisan terowongan sing sumbune pas karo garis tumpuan. Ing kasus kasebut mung ana tegangan tekan ing lapisan. Tegangan tekan sing muncul ing sembarang penampang n – n lapisan terowongan (gbr. 8), dipikolehi saka rumus

ing ngendi N yaiku komponen normal saka resultan Rn marang irisan lapisan n – n , sing dipikolehi saka diagram gaya kanggo irisan iku; d yaiku kekandelan lapisan terowongan ing irisan n – n; e yaiku eksentrisitas saka gaya tekan N ing irisan sing padha.

Tegangan tekanan σ kudu luwih cilik tinimbang tegangan sing diidinake saka lapisan. Kanggo kubah terowongan saka beton bertulang dianggep manawa metode iki ora cukup akurat, mula dianjurake metode Spangerberg.