Συντάχθηκε 12-12-2014 10:10
από Dimitra Athenaki
Email συντάκτη: athenaki<στο>tuc.gr
Ενημερώθηκε:
-
Κύρια: υπάλληλος.
Άλλες ιδιότητες: απόφοιτος ΜΔΕ/Διδ. ΜΠΔ, απόφοιτος προπτυχιακός ΜΠΔ, υπάλληλος ΜΗΧΟΠ
ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΚΡΗΤΗΣ
Σχολή Μηχανικών Ορυκτών Πόρων
ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΔΙΔΑΚΤΟΡΙΚΗΣ ΔΙΑΤΡΙΒΗΣ
Υποψήφιος Διδάκτωρ: Σαράτσης Γεώργιος
Θέμα Διδακτορικής Διατριβής: «Μελέτη των συνθηκών ευστάθειας & καθιζήσεων συστημάτων υπογείων έργων κάτω από κατοικημένες περιοχές που κατασκευάζονται με τη μέθοδο ΝΑΤΜ»
Ημέρα παρουσίασης: Πέμπτη 18 Δεκεμβρίου 2014
Ώρα παρουσίασης: 12.00 π.μ.
Τόπος παρουσίασης: Αίθουσα Συνεδριάσεων Σχολής ΜΗΧΟΠ
Επταμελής Εξεταστική Επιτροπή:
Καθ. Εξαδάκτυλος Γεώργιος (επιβλέπων)
Καθ. Αγιουτάντης Ζαχαρίας (University of Kentucky)
Καθ. Παπαμίχος Ευριπίδης (ΑΠΘ)
Καθ. Σταυρουλάκης Γεώργιος (ΜΠΔ)
Καθ. Μπαντής Σταύρος (ΑΠΘ)
Επ. Καθ. Σταυροπούλου Μαρία (ΕΚΠΑ)
Επ. Καθ. Στειακάκης Εμμανουήλ
Περίληψη
Έως το έτος 2050, το 84% του παγκόσμιου πληθυσμού θα κατοικεί σε πόλεις και
προάστια (αστικοποίηση) ως συνέπεια δημογραφικών αλλαγών, όπως λ.χ.: η με-
ταβολή του μέσου όρου ηλικίας διαβίωσης, που παρουσιάζει αύξηση στις μεγαλύ-
τερες ηλικίες, η μετανάστευση, καθώς και οι εσωτερικές μετακινήσεις του πληθυ-
σμού προς τα αστικά κέντρα. Αυτή η συνεχής αύξηση του πληθυσμού στις πόλεις
πρέπει να είναι προβλέψιμη, ώστε να αυξάνονται εν παραλλήλω οι οικονομικές,
περιβαλλοντικές, ενεργειακές, συγκοινωνιακές κ.ά. υποδομές αυτών. Ταυτόχρονα,
η διαρκώς μεγαλύτερη ολοκλήρωση των χωρών-κρατών σε ένα ενιαίο σύστημα
παραγωγής και εμπορίου (παγκοσμιοποίηση) αναμένεται να αυξήσει τις ανάγκες
για μεταφορές ανθρώπων και αγαθών. Ένα μεγάλο μέρος αυτών θα γίνεται μέσω
σηράγγων, γιατί ο διαθέσιμος χώρος στην επιφάνεια ολοένα και μικραίνει (λ.χ. σή-
ραγγες στις Αλπεις και αλλού).
Σε κατοικημένες περιοχές με ήπιο τοπογραφικό ανάγλυφο ο πιο συνηθισμένος
τρόπος κατασκευής συστήματος υπόγειου σταθμού και σήραγγας σε μετρό, είναι
η όρυξη φρέατος, εν συνεχεία η διάνοιξη σήραγγας από τον πυθμένα του φρέατος
και στο τέλος η διεύρυνση της τελευταίας έτσι ώστε κοντά στο φρέαρ να λάβει
τη μορφή θαλάμου που θα χρησιμεύσει ως σταθμός (πλατφόρμα) του μετρό. Η
τεχνική αυτή προσαρμόζεται καλύτερα στην Νέα Αυστριακή Μέθοδο Κατασκευής
Σηράγγων NATM.
Για την πιο αξιόπιστη και ασφαλή εφαρμογή της μεθόδου NATM που ανα-
φέρεται στη βιβλιογραφία και ως CTM, η έρευνα σήμερα επικεντρώνεται στους
ακόλουθους δύο στόχους:
1. Τη μείωση του «Παράγοντα Απώλειας Ογκου» (volume loss factor) από το
επίπεδο του 4% που βρίσκεται σήμερα, στο επίπεδο του 0,5% έως 1% (σε
εξαιρετικές περιπτώσεις) που είναι η αντίστοιχη τιμή της παραμέτρου αυτής
κατά την εφαρμογή της ανταγωνιστικής μεθόδου κατασκευής σηράγγων με
TBM .
2. Την εξάλειψη του κινδύνου (hazard) εκδήλωσης απρόσμενων εκτεταμένων
αστοχιών του πετρώματος ή του εδάφους από τα υπόγεια μέχρι την επιφά-
νεια.
Για τον πρώτο στόχο ήτοι για την πρόβλεψη των παραμορφώσεων απαιτείται
τριδιάστατος αριθμητικός κώδικας και κατάλληλο καταστατικό μοντέλο των γεω-
λογικών υλικών, για δε το δεύτερο στόχο είναι απαραίτητο ο αριθμητικός κώδικας
να μπορεί να προσομοιώσει μηχανισμούς αστοχίας που ενδεχομένως θα συναντη-
θούν στην πράξη. To έναυσμα για την προτεινόμενη ερευνητική εργασία έδωσε η
κατάρρευση υπόγειου συστήματος φρέατος – θαλάμου (σταθμού) κατά την φάση
της κατασκευής του με τη μέθοδο NATM στο Sao Paulo, της Βραζιλίας το 2007.
Η μη πρόβλεψη της κατάρρευσης αυτής οφείλετο κυρίως στους ακόλουθους πα-
ράγοντες:
• Στην φάση του σχεδιασμού έγινε διδιάστατη αριθμητική ανάλυση χωρίς να
θεωρηθεί η επίδραση του φρέατος στη συμπεριφορά των παρακείμενων εδα-
φών και πετρωμάτων, και χρησιμοποιήθηκαν απλοποιημένα καταστατικά
μοντέλα των πετρωμάτων, Oliveira, 2008.
• Στη φάση της γεωτεχνικής έρευνας έγινε περιορισμένος αριθμός γεωτρή-
σεων και αγνοήθηκε η ασυνεχής και ετερογενής – λόγω αποσάρθρωσης των
γρανιτικών πετρωμάτων - φύση του περιβάλλοντος πετρώματος (Barton, 2009).
• Στη φάση της σταδιακής κατασκευής έγινε πλημμελής σχεδιασμός και ανά-
λυση των οργανομετρήσεων. H υποστήριξη του θαλάμου και του φρέατος
δεν έκλεισε γρήγορα αλλά παρέμεινε ανοικτή μέχρι την κατάρρευση με συ-
νέπεια την συνεχή αύξηση των καθιζήσεων.
Στόχος της παρούσης Διδακτορικής Διατριβής (ΔΔ) είναι η διερεύνηση των
συνθηκών αστάθειας και καθιζήσεων κατά την όρυξη ή διάνοιξη αβαθούς συστή-
ματος φρέατος – θαλάμου – σήραγγας με τη μέθοδο NATM, κάτω από κατοικημέ-
νες περιοχές όπως έγινε στο σταθμό Pinheiros. Το πρόβλημα αυτό της κατάρρευ-
σης ή κατακρήμνισης της οροφής υπογείων έργων αντιμετωπίζεται ως πρόβλημα
του «Υποχωρούντος Θυροπετάσματος» με υπερκείμενο συνεχές υλικό σύμφωνα
με τους Fayol-Terzaghi. Χρησιμοποιείται τριδιάστατος αριθμητικός κώδικας πεπε-
ρασμένων διαφορών με δυνατότητα προσομοίωσης του σχηματισμού διατμητικών
ζωνών σε γεωλογικούς σχηματισμούς και κατάλληλο ελαστοπλαστικό καταστατικό
μοντέλο γεωλογικών υλικών που επιδεικνύουν χαλάρωση των τάσεων λόγω αύξη-
σης της διατμητικής παραμόρφωσης (παραμορφωσιακή χαλάρωση,strain softening).
Η αστοχία με τη μορφή κατάρρευσης της οροφής θεωρείται ότι εκδηλώνεται λόγω
τομής νέων επιφανειών διατμητικών ζωνών (shear bands) με σύνορα των υπόγειων
έργων. Πριν την εκδήλωση της αστοχίας σχηματίζονται όγκοι πετρώματος διαφό-
ρων γεωμετριών που δυνητικά μπορούν να μετακινηθούν λόγω της βαρύτητας και
της μικρής πλευρικής υποστήριξης από τα παρακείμενα εδάφη, και εν τέλει να κα-
ταρρεύσουν. Οι επιφάνειες των διατμητικών ζωνών εκκινούν από περιοχές υψηλής
συγκέντρωσης των τάσεων. Δηλαδή δεν θεωρούνται προϋπάρχουσες ασυνέχειες
που διασχίζουν την εδαφοβραχόμαζα αλλά οι ασυνέχειες αυτές δημιουργούνται
κατά την φάση της κατασκευής των υπογείων. Αυτό γενικά ισχύει σε πετρώματα
που διασχίζονται από πυκνό δίκτυο ασυνεχειών έτσι ώστε το μέγεθος του μέσου
ογκοτεμαχίου που απομονώνεται μεταξύ των ασυνεχειών να είναι πολύ μικρότερο
από την κλίμακα των υπογείων.
Σύμφωνα με την θεωρία σχηματισμού διατμητικών ζωνών σε συνεχή μέσα
(Vardoulakis & Sulem, 1995), το πέτρωμα ή το έδαφος θεωρείται ως συνεχές υλικό.
Το υλικό αυτό, χάνει την συνέχεια του κατά την αποφόρτιση του σε περιοχές του
συνόρου της σήραγγας που χαρακτηρίζονται από υψηλή συγκέντρωση των τάσεων,
σύμφωνα με κάποιο μηχανισμό εντοπισμού της διατμητικής παραμόρφωσης σε ζώ-
νες μικρού πάχους μιας τάξης μεγέθους μεγαλύτερης από την μέση διάμετρο του
κόκκου του υλικού (Mühlhaus & Vardoulakis, 1987). Το έδαφος ή το πέτρωμα θε-
ωρείται ότι υπακούει το κριτήριο αντοχής των Mohr-Coulomb και σε καταστα-
τικό νόμο χαλάρωσης μιας ή περισσοτέρων παραμέτρων ελαστικότητας του ή της
αντοχής του (συνοχή και γωνία εσωτερικής τριβής) με την αύξηση της διατμητικής
παραμόρφωσης (strain softening model) πάνω από μια κρίσιμη τιμή.
Μετά από την μελέτη της δημιουργίας διατμητικών ζωνών σε εδάφη ή πετρώ-
ματα που μπορούν να οδηγήσουν σε κατακρήμνιση της οροφής υπογείων έργων, η
παρούσα έρευνα μπορεί να οδηγήσει σε συγκεκριμένες προδιαγραφές (specifications)
ασφαλούς σχεδιασμού και κατασκευής συστημάτων υπογείων έργων που θα
αφορούν: (α) τον εργαστηριακό χαρακτηρισμό των μηχανικών παραμέτρων των
πετρωμάτων, (β) τον τρόπο σχεδιασμού υπόγειων έργων με βάση κατάλληλη υπο-
λογιστική διαδικασία, (γ) τη γεωτεχνική έρευνα στη φάση του προσχεδιασμού του
έργου, και (δ) την ενόργανη παρακολούθηση κατά την κατασκευή τέτοιων αβαθών
υπόγειων έργων κάτω από κατοικημένες περιοχές.
