Analýza, optimalizace a predikce výstavy ražených tunelů v souvislosti s třídami ražby

Abstract

Třídy ražby jsou u řady tunelových projektů jedním z rozhodujících činitelů, které ovlivňují úspěšnost výstavby. Proto je třeba věnovat patřičnou pozornost nejen jejich specifikaci, ale také metodě zatřiďování v průběhu ražby. Problematika tříd ražeb a zatřiďování, třebaže představuje jeden z nejvýznamnějších aspektů podzemního díla ve všech jeho fázích, je nezřídka podceněna. Ražba každého podzemního díla probíhá v následných, po sobě jdoucích cyklech, sestávajících ze sledu jednotlivých činností. Tyto činnosti se provádějí s různou efektivitou. V důsledku nízké produktivity při provádění některých činností dochází ke zpomalení postupu ražeb. Pro posouzení, zda jsou jednotlivé činnosti prováděny dostatečně efektivně, však v řadě případů chybí podklady. Produktivity a trvání jednotlivých činností razícího cyklu by měly být specifikovány v nabídce a být součástí smlouvy o dílo. V průběhu výstavby podzemního díla by pak měly být činnosti sledovány a vyhodnocovány. Specifikace produktivit a trvání činností závisí na geotechnických podmínkách a musí tedy být vztaženy k jednotlivým třídám ražby. V praxi dále přispívají k prodloužení doby ražby různé druhy prostojů, jejichž důvody pramení z podmínek stavby. Ražby podzemních objektů velmi často leží na kritické cestě výstavby projektů. Jakékoli zpoždění při ražbě má tedy přímý dopad na harmonogram výstavby celého projektu. V praxi téměř vždy dochází ke vzniku rozdílu mezi plánovaným a skutečným postupem ražby. Nejčastější příčinou jsou nižší produktivity činností razícího cyklu, různé prostoje a změny ve třídách ražby. Termín ukončení ražby se v průběhu výstavby mění. Aby predikce postupu ražby byla pro úseky, které ještě nebyly vyraženy, věrohodnější, je nutné ji založit nejen na odborném odhadu, ale i na analýze parametrů ražby již realizovaných úseků. Zejména se jedná o analýzu tříd ražeb, činností a prostojů za působení určitých specifických podmínek stavby. Výsledkem predikce by měl být časový rozsah ukončení ražby vyjádřený pomocí pravděpodobnostního rozložení. Vzhledem ke značnému množství vstupních dat, nutnosti kontroly jejich správnosti a množství vznikajících dotazů, tj. množství požadovaných typů analýz, je nezbytné tento proces co nejvíce automatizovat. Za tímto účelem jsou vyvíjeny speciální softwarové aplikace. Autor disertační práce vyvinul softwarovou aplikaci Tunnel Supervision. Tato aplikace byla použita na reálných projektech. Data a analýzy uvedené v této disertační práci byly získány za pomoci této aplikace. Disertační práce obsahuje několik cílů: 1) obeznámit čtenáře s problematikou činností a prostojů při ražbách a jejich dopadech na harmonogram; 2) popsat teorii týkající se této problematiky a doplnit ji o příklady z praxe; 3) vyvinout softwarovou aplikaci umožňující správu rozsáhlého množství dat získaných z různých projektů a jejich podrobné analýzy; 4) zdokonalit obecně známá ustanovení a kritéria za účelem správného stanovování tříd ražeb v průběhu výstavby.

Specification and determination of excavation classes rank among the decisive factors that contribute to a successful completion of tunnelling projects. It is not only important to correctly specify the classes, but also to use a suitable classification method for a tunnel construction. Experience shows the importance of the classes is often being underestimated, even though it is one of the most important aspects of underground works during all their stages. The excavation process of any underground object includes successive cycles that are composed of a sequence of activities. These particular activities are performed with a different level of effectiveness. Due to the low productivity of some activities, the overall excavation progress is decelerated. Relevant information to assess whether the activities were performed in accordance with the contract conditions is often not provided. The specification of the productivity and duration of the activities should be included in the bids, as well as in the contract conditions, and should be monitored and analysed during tunnel excavation. The specification should be related to the encountered geotechnical conditions and consequently to the individual classes. In addition to the low effectiveness of activities, further delays caused by different site conditions contribute to the prolonged construction schedule. The excavations of underground objects often follow the critical path of a project. Any delay in excavation progress has a direct impact on the overall project construction schedule. In tunnel constructions, there is a regular difference between planned and actual progress. Low effectiveness of tunnelling activities, various delays and changes in the classes are the most frequent causes. The deadline of tunnel excavation usually changes multiple times throughout the construction process. In order to reach higher credibility, the presumption of excavation progress in the remaining tunnel stretches should be based not only on expert judgement, but also on a detailed analysis of excavation parameters reached in the already excavated sections. This especially concerns the analysis of the excavation classes, tunnel activities and delays under the influence of specific site conditions. The result of the excavation presumption should be ideally provided in the form of a time span formulated as a probabilistic distribution. Due to the amount of input data, the necessity to check it and the amount of queries, i.e. the amount of analyses types, it is necessary to automate this process as much as possible. Therefore, special software applications are being developed. The author of dissertation thesis has developed an application called Tunnel Supervision. This application has been used on real projects. The data and analyses presented in the dissertation thesis were obtained from the application. The dissertation thesis has more goals: 1) to familiarize readers with the problems of activities and delays during tunnel excavation and their impacts on the construction schedule; 2) to describe the theory related to this topic and complete it with examples from real sites; 3) to develop software application which allows to manage and analyse the vast amount of data from different tunnelling projects; 4) to improve general provisions and criteria related to the methods of classes determination.