ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ

ΣΧΟΛΗ ΘΕΤΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ

Μεταπτυχιακό Πρόγραμμα Σπουδών

Διαχείριση Τεχνικών Έργων

ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ

Συστήματα ενόργανης Γεωμηχανικής Δομητικής

Παρακολούθησης υπογείων έργων εντός αστικής ζώνης

Δημήτρης Κων. Μαγκατσάς

Διπλ. Πολιτικός Μηχανικός

Επιβλέπων Παναγιώτης K. Πελέκης

Πάτρα

Μάιος, 2015

ii

iii

Ευχαριστίες

Η παρακολούθηση των μεταπτυχιακών σπουδών και η εκπόνηση της

διπλωματικής εργασίας παράλληλα με τις προσωπικές, επαγγελματικές και

οικογενειακές υποχρεώσεις, αποτέλεσαν ευχάριστη συνοδεία σε ένα ταξίδι με όχι

πάντα καλές στιγμές. Θα θυμάμαι αυτήν την περίοδο με τον καλύτερο δυνατό τρόπο

και ευχαριστώ όσους με βοήθησαν δημιουργικά σε αυτό το πόνημα. Συγκεκριμένα

θέλω να ευχαριστήσω τον επιβλέποντα κ. Παναγιώτη Πελέκη, και τους Γεωλόγους

Νικόλαο Καζίλη, Ανδρέα Αλιβιζάτο, Μίλτο Σούλα, Αριστοτέλη Εξάρχου και τον

Μάρκο Νόβακ.

iv

v

Σύνοψη

Η εντατικά συνεχιζόμενη πληθυσμιακή συγκέντρωση και εξέλιξη πόλεων σε

μεγάλα αστικά κέντρα, οδηγεί αναγκαία τον τεχνικό κόσμο στην εξεύρεση λύσεων για

γρήγορη και ασφαλή μεταφορά των ανθρώπων από και προς τις πόλεις και συγχρόνως

την ενσωμάτωση των απαραίτητων υποδομών εντός του υφιστάμενου αστικού ιστού

χωρίς να διαταράσσεται περαιτέρω το εναπομένων λιγοστό φυσικό περιβάλλον. Η

τεχνική λύση που επιλέγεται συχνότερα από τους διαχειριστές των έργων, είναι η

εκτέλεση πολύπλοκων και εκσυγχρονισμένων υπόγειων κατασκευών και υποδομών εντός

των πυκνοδομημένων αστικών πόλεων, στοχεύοντας στην καλυτέρευση της

καθημερινότητας και της ποιότητας ζωής του ανθρώπινου πληθυσμού και την διατήρηση

του ανθρωπογενούς περιβάλλοντος και των κοινόχρηστων χώρων.

Τα απαιτητικά σύγχρονα υπόγεια έργα που εκτελούνται εντός αστικού

περιβάλλοντος επιβάλλουν την χρήση εξελιγμένων μηχανών και την εφαρμογή

πρωτοποριακών συστημάτων παρακολούθησης για την κατασκευή του έργου υπό

καθεστώς ασφαλείας και για την αποτροπή μη αναστρέψιμων δομικών αστοχιών και

οχλήσεων σε υπέργειες και υπόγειες υφιστάμενες κατασκευές. Συγχρόνως η οικονομία

ενός έργου, η ταχύτητα κατασκευής, η χρηστή διαχείριση των πόρων και η έγκαιρη

παράδοση του κάθε έργου, παραμένουν αδιαπραγμάτευτα πρωταρχικοί σκοποί και

καθιστούν την γεωμηχανική δομητική παρακολούθηση, ένα κρίσιμο εργαλείο για την

επίτευξη των παραπάνω στόχων.

Μετά την σε βάθος συλλογή δεδομένων σε υπό κατασκευή έργα και σε έργα

πρόσφατα περατωμένα, η παρούσα μεταπτυχιακή διπλωματική εργασία έχει στόχο

συγκεντρωτικά να παρουσιάσει τα αποτελέσματα της συστηματικής έρευνας που

εκπονήθηκε στις διαθέσιμες πηγές πληροφοριών, νομοθετημάτων και βιβλιογραφίας.

Σκοπός είναι η παρουσίαση και η ανάλυση των διαδικασιών, του μηχανολογικού

εξοπλισμού και των συστημάτων γεωμηχανικής δομητικής παρακολούθησης που

ενσωματώνονται σε ένα υπόγειο συγκοινωνιακό έργο εντός αστικού περιβάλλοντος, όπου

η διάνοιξη της σήραγγας πραγματοποιείται με μηχανήματα εκσκαφής διάνοιξης

σηράγγων (Τ.Β.Μ). Επιπροσθέτως, αναλύεται λεπτομερειακά ο εμπλεκόμενος κίνδυνος,

ο τεχνολογικός εξοπλισμός, τα υπολογιστικά προγράμματα και τα διαθέσιμα λογισμικά.

Συγχρόνως σκοπός της εργασίας είναι να αποτελέσει ένα εναρκτήριο εργαλείο για

περαιτέρω ακαδημαική ανάλυση και μελέτη της αρτιότητας των συστημάτων

Γεωμηχανικής Δομητικής Παρακολούθησης υπογείων συγκοινωνιακών αστικών έργων

αλλά και τυχόν κενά σε σχέση με την υποχρέωση εφαρμογής συστημάτων

παρακολούθησης ανάλογα με την σπουδαιότητα και την κατηγορία τέτοιων υπόγειων

έργων.

Αντίστοιχα μέσα στα προσδοκώμενα αποτελέσματα της εργασίας είναι να δοθεί η

δυνατότητα στον αναγνώστη να κατανοήσει σε βάθος τις διαδικασίες και τους

μηχανισμούς που ενσωματώνονται και βρίσκονται σε πλήρη εξέλιξη καθ’ όλη την

χρονική διάρκεια κατασκευής ενός υπόγειου έργου και φυσικά να φωτισθούν τα

πλεονεκτήματα από την τήρηση τέτοιου είδους συστημάτων κατά την κατασκευή και την

λειτουργία ενός έργου.

Λέξεις κλειδιά : T.Β.Μ (Μηχάνημα Διάνοιξης Διάτρησης Σηράγγων), Γ.Δ.Π (Γεωμηχανική

Δομητική Παρακολούθηση), συνεχής καταγραφή (on line monitoring), δεδομένα σε

πραγματικό χρόνο (real time data), υπολειπόμενος κίνδυνος, σχέση κόστους οφέλους

vi

vii

Title: Instrumental Systems of Geomechanical - Structural Monitoring for

Underground Tunnel Projects in urban areas

By Dimitrios C. Magatsas

Supervisor: Mr. Panagiotis C. Pelekis

Abstract

The intensively continued concentration of population and evolution of towns in

big urban cities leads the technical world το find solutions for quick and safe

transportation of people to and from cities and simultaneously integrate the necessary

infrastructure within the existing urban form, without further disturbance of the remaining

slender natural environment. The technical solution chosen most often by project leaders,

is to implement complex and modernized underground structures and infrastructure,

within the densely built-up urban cities, aiming to improve daily routine and quality

living of human population and to preserve human environment and public areas.

Demanding modern underground works performed within the urban environment

require the implementation of sophisticated monitoring systems for the construction of

the project under safety regime and to prevent irreversible structural failures and nuisance

in above-ground and underground existing structures. At the same time the economy of a

project, the construction speed, good resource management and timely delivery in

underground work, remain non-negotiable priority objectives and make geomechanical

structural monitoring, a crucial tool for achieving these goals.

After an in-depth data collection to under construction and recently constructed

projects, this dissertation thesis aims to present the aggregated results of systematic

research conducted on available sources of data, legislation and literature. The aim is to

present and analyze the processes and the Geomechanical - Structural Monitoring systems

incorporated in an underground transportation project within an urban environment,

where the tunneling excavation is executed by Tunnel Boring Machines (T.B.M).

Additional detailed analysis is given to the involved risks, the technological equipment,

the computer programs and the available software. At the same time, the aim of the thesis

is to become a starting tool for further academic study and analysis of the integrity of

such systems of Structural Geomechanical Monitoring in underground urban

transportation projects and present any specification gaps in relation to the obligation of

implementing a monitoring system appropriate to the importance and the category of such

underground structures

Respectively within the expected results of the project is to give the opportunity

to the reader to understand in depth the procedures and the mechanisms incorporated and

fully operated during the construction period of an underground project and also to

highlight the benefits of running such type of systems during the construction and

operation of an underground urban project.

Keywords: T.Β.Μ (Τunnel Boring Machine), Geomechanical Structural Monitoring Program,

on line monitoring, real-time data, residual risk, cost-benefit ratio

viii

ix

Περιεχόμενα σελ.

Σύνοψη……………………………………………………………………………… v

Abstract……………………………………………………………………………... vii

Κατάλογος Πινάκων……………………………………………………................... xiii

Κατάλογος Σχημάτων………………………………………………………………. xv

Συντομογραφίες…………………………………………………….......................... xix

Κεφάλαιο 1: Εισαγωγή……………………………………………………… 1

Κεφάλαιο 2 : Σύγχρονα υπόγεια έργα εντός αστικών περιοχών……………. 5

2.1 Η εξέλιξη των αστικών Σηράγγων……………………………….. 5

2.2 Έργα αστικών σηράγγων στην Ελλάδα……………...…………… 8

2.2.1 Αττικό Μετρό…………………………………………. 8

2.2.2 Μετρό Θεσσαλονίκης………………………………… 9

2.2.3 Υποθαλάσσια Αρτηρία Θεσσαλονίκης……………….. 11

2.3 Πρωτοποριακά διεθνή έργα …………………………………… 12

2.3.1 Σήραγγα «SMART»…………………………………… 13

2.3.2 Σήραγγα «SR99 Alaskan Way»………………………. 15

2.4 Οικονομικά χαρακτηριστικά αστικών σηράγγων………………. 16

2.5 Νέα Αυστριακή μέθοδος ΝΑΤΜ……………………………….. 19

2.5.1 Παρατηρητική μέθοδος……………………………….. 21

2.5.1.1 Ανάλυση SWOT……………………………… 21

2.6 Ευρωκώδικας 7………………………………………………… 24

Κεφάλαιο 3 : Μηχανοποιημένη διάνοιξη σηράγγων………………………. 29

3.1 Είδη μηχανών διάνοιξης………………………………………….. 30

3.2 Διαδικασία επιλογής μηχανών ΤΒΜ……………………………... 35

3.2.1 Γεωτεχνική έρευνα …………………………………….. 36

3.2.2 Στοιχεία σηράγγων με ΤΒΜ ……………………………. 41

3.3 Μηχανές EPB και Slurry Shield………………………………….. 45

x

3.3.1 Μηχανή EPB…………………………………………..... 45

3.3.2 Μηχανή Slurry Shield…………………………………... 50

3.4 Σύστημα παρακολούθησης ΤΒΜ………………………………… 52

3.5 Τελική επένδυση σήραγγας………………………………………. 57

3.6 Τεχνολογική εξέλιξη …………………………………………….. 63

Κεφάλαιο 4: Γεωμηχανική και δομητική παρακολούθηση…………………. 65

4.1 Συλλογιστική και σχεδιασμός Γ.Δ.Π………………………........... 65

4.2 Διαχείριση κινδύνου ……………………………………………... 68

4.2.1 Συστήματα διαχείρισης κινδύνων……………...……….. 69

4.2.2 Ανάλυση κόστους οφέλους…………………...………… 72

4.2.3 Πλεονεκτήματα κατά την διαχείριση κινδύνων………… 75

4.3 Ζώνη επιρροής……………………………………………………. 76

4.3.1 Όρια επιφυλακής, συναγερμού και τιμές αναφοράς……. 79

4.4 Έλεγχος τρωτότητας κτιρίων……………………………………... 83

4.5 Οργανωτική δομή……………………………………………….. 88

4.5.1 Βάση δεδομένων – Β.Δ 91

4.6 Όργανα μέτρησης και αποτελέσματα…………………………… 93

4.7 Αυτοματοποιημένο σύστημα παρακολούθησης………………… 98

Κεφάλαιο 5: Συμπεράσματα και προτάσεις…………….…………………... 101

6. Βιβλιογραφία στην Ελληνική ……………………………………..……… 103

7. Βιβλιογραφία στην Αγγλική …………………………………..….............. 104

8. Πηγές Διαδικτύου ………………………………………………................ 107

xi

Παράρτημα Α

Α.1 Επιστολή 01.04.15 προς Αττικό Μετρό Α.Ε………………………….. 113

Α.2 Επιστολή 11.05.15 άδειας χρήσης Αττικό Μετρό Α.Ε……………........ 115

Παράρτημα Β

Β.1 Πίνακας αστικών σηράγγων ΤΒΜ…………………………………....... 119

Β.2 Διατομές αστικών σηράγγων μεγάλων διαμέτρων ΤΒΜ…………....... 121

Β.3 Οικονομικά στοιχεία διεθνών σηράγγων ΤΒΜ……………………....... 124

Β.4 Στοιχεία σηράγγων ΝΑΤΜ……………………...……………………... 126

Β.5 Γεωτεχνική έρευνα……………………………………………………... 128

Β.6 Τεχνολογική εξέλιξη…………………………………………………… 136

Παράρτημα Γ

Γ.1 Συστήματα γεωμηχανικής και δομητικής παρακολούθησης…………… 143

Γ.2 Σταθμός Ελληνικό Επέκτασης Γραμμής 2 ………………………….... 144

xii

xiii

Κατάλογος Πινάκων

α/α σελ.

2.1 Χαρακτηριστικά δικτύου Γραμμής 2 και 3 Αττικό Μετρό Αθήνας 9

2.5 Τεχνικά χαρακτηριστικά Mηχανήματος TBM τύπου EPBΜ Hitachi Zosen

Σιατλ ΗΠΑ 16

2.6 Πίνακας 2Χ2 ανάλυσης SWOT 22

3.2 Ταξινόμηση μηχανών διάνοιξης σηράγγων κατά DAUB, OGG, FGSV, SIA 34

3.4 Κατηγοριοποίηση βραχόμαζας RMR κατά Bieniawski 38

3.5 Κατηγοριοποίηση βραχόμαζας RMR – ÖNORM-B2203/1994 38

3.6 Κατάταξη βραχόμαζας κατά RMR & GSI 39

3.7 Κατηγοριοποίηση με βάση την μονοαξονική αντοχή βράχου σc 39

3.8 Ταξινόμηση διαπερατότητας 40

3.9 Μέσος ημερήσιος ρυθμός διάνοιξης προχώρησης μηχανών TBM 42

3.10 Μέσος όρος ημερήσιου ρυθμού διάνοιξης προχώρησης μηχανών TBM ανά

ποιότητα βραχόμαζας 42

3.14 Πίεση Κεφαλής μηχανήματος TBM τύπου E.P.B 47

3.15 Πίεση μετώπου κεφαλής μηχανήματος TBM τύπου E.P.B 48

4.2 Κατηγορίες κινδύνων ενός έργου (Bruke, 2002) 69

4.10 Συμβατικές τιμές Ορίων Επιφυλακής και Ορίων Συναγερμού 80

4.11 Συμβατικές τιμές Ορίων Επιφυλακής και Ορίων Συναγερμού 81

4.12 Μεθοδολογία μετρήσεων υπολογισμού Τιμών Αναφοράς 82

xiv

xv

Κατάλογος Σχημάτων & Εικόνων

α/α σελ.

2.2 Διάμετροι μηχανών ΤΒΜ (ft) ανά έτος

(Cascadia, Arup North America Ltd, 2008) 13

2.3 Τρόπος Λειτουργίας Σήραγγας SMART Kuala Lumpur Malaysia (SMART) 14

2.4 3D απεικόνιση τυπικής διατομής διαμέτρου 17,5μ σήραγγας οχημάτων διπλού

καταστρώματος, Σιάτλ Η.Π.Α (E F. Gonzales, Dragados 2012) 15

2.7 Διάγραμμα ροής ενεργειών εποπτείας, παρακολούθησης και συντήρησης EC-7 26

2.8 Διάγραμμα ροής ενεργειών παρακολούθησης EC-7 27

3.1 Τρισδιάστατη τομή απεικόνισης τμημάτων μηχανής ΤΒΜ τύπου EPB 31

3.3 Τοξωτό Διάγραμμα ροής ενεργειών διαδικασίας επιλογής του τύπου Τ.Β.Μ 36

3.11 Γράφημα συνάρτησης του μέσου όρου του ημερήσιου ρυθμού προχώρησης 4

μηχανών ΤΒΜ διαμέτρου ≈ 4μ, ανά κλάση βραχόμαζας κατά Bieniawski 43

3.12 Διάμετροι μηχανών TBM σε σχέση με το κόστος σε $ ανά διανοιγμένο μίλι 43

3.13 Εύρος εφαρμογής TBM τύπου EPB shield με βάση την κοκκομετρική διαβάθμιση

του υπεδάφους 46

3.16 Εύρος εφαρμογής T.B.M τύπου E.P.B με βάση την κοκκομετρική διαβάθμιση και

των διαφορετικών τεχνικών προσθήκης βελτιωτικών, αφρών και πολυμερών 49

3.17 Εύρος εφαρμογής TBM τύπου EPB και Slurry με βάση την κοκκομετρική

διαβάθμιση του υπεδάφους 51

3.18 Οθόνη σε παραθυρικό περιβάλλον ελέγχου λειτουργίας ΤΒΜ τύπου EPB Shield 53

3.19 Οθόνη μετρήσεων πραγματικού χρόνου παραμέτρων «Κοπτικής Κεφαλής/

Cutterhead Drive», «Κοχλία Μεταφοράς /Screw Conveyor», «Ανίχνευσης

Αερίων/Gas Detection», «Πίεση Γαιών/Earth Pressure», ΤΒΜ 54

3.20 Οθόνη μετρήσεων πραγματικού χρόνου παραμέτρων «Προχώρησης/Advance»,

«Αφρού/Foam», «Αρθρώσεων/Articulation», «Υλικού Εκσκαφής/Excavated

Material», «Λάδια Κιβωτίου/Gear Oil», «Νερό/Water», ΤΒΜ 55

3.21 Οθόνη μετρήσεων πραγματικού χρόνου παραμέτρων «Λίπανσης Ουραίου

τμήματος ασπίδας» ΤΒΜ 55

3.22 Οθόνη μετρήσεων πραγματικού χρόνου παραμέτρων «Γραμμών

Ενεμάτωσης/Grout Injection – Μπετονίτη/Bentonite» ΤΒΜ 56

3.23 Οθόνη μετρήσεων πραγματικού χρόνου παραμέτρων «Πλοήγησης/Navigation»

ΤΒΜ 56

3.24 Οθόνη μετρήσεων πραγματικού χρόνου ελέγχου παραμέτρου

«Προχώρησης/Penetration» σε χιλιοστά / περιστροφή ΤΒΜ 57

xvi

3.25 Διανυσματική απεικόνιση σύγκλισης βραχόμαζας κυκλικής σήραγγας 58

3.26 Τελική επένδυση δακτυλίων προκατασκευασμένων κελύφων 59

3.27 Γεωμετρία προκατασκευασμένων στοιχείων κελύφους τελικής επένδυσης 60

3.28 Δακτύλιοι προκατασκευασμένων στοιχείων κελύφους 61

3.29 Κύκλος ωρίμανσης μέσω ατμού στοιχείων 62

3.30 Τρόπος αποθήκευσης προκατασκευασμένων στοιχείων 62

4.1 Κίνδυνοι κατά την διάρκεια ζωής ενός έργου 69

4.3 Διάγραμμα πιθανότητας – αποτελεσμάτων διαχείρισης κινδύνου έργων 70

4.4 Διάγραμμα σχέσης κόστους οφέλους τυπικού προγράμματος έρευνας γεωτεχνικού

σχεδιασμού 73

4.5 Διάγραμμα ανάλυσης Κόστους /Οφέλους - Προσδιορισμός σημείου ελάχιστου

κόστους 74

4.6 3D απεικόνιση περιοχής καθιζήσεων 76

4.7 Διάγραμμα καθιζήσεων εγκάρσιας διεύθυνσης 77

4.8 Τομές απεικόνισης συμβατικής Ζώνης Επιρροής σε τμήμα Σήραγγας και τμήμα

Ανοικτής Εκσκαφής 78

4.9 Οθόνη σε παραθυρικό περιβάλλον απεικόνισης ζώνης επιρροής και κτιριών σε

οριζοντιογραφικό υπόβαθρο της περιοχής του σταθμού (ανοικτής εκσκαφής) 79

4.13 Απεικόνιση μετακινήσεων λόγω αστοχίας μετώπου σε Slurry Shield TBM 84

4.14 Απεικόνιση τύπων γωνιακής παραμόρφωσης β και πλευρικής παραμόρφωσης εL

85

4.15 Διάγραμμα αρχών θεωρητικής εγκάρσιας μετακίνησεις - Gaussian Καμπύλη 85

4.16 Διάγραμμα ανταπόκρισης μετακινήσεων λόγω διάνοιξης σήραγγας κτιριακών

μοντέλων διαφορετικής ακαμψίας 86

4.17 Διάγραμμα κατάταξης βλαβών κτιρίων σε σχέση με την γωνιακής

παραμόρφωσης και πλευρικής παραμόρφωσης εL 87

4.18 Διάγραμμα θεωρητικής vs πραγματικής υποχώρησης (μ) επιφάνειας εδάφους,

έργου «Porto Metro» 88

4.19 Οργανόγραμμα Προσωπικού Αναδόχου Κατασκευής Γ.Δ.Π 89

4.20 Διάγραμμα μετάδοσης συστήματος βάσης δεδομένων Terramove 91

4.21 Διάγραμμα σχηματικής απεικόνιση δικτύου συστήματος βάσης δεδομένων 92

4.22 Διάγραμμα σχηματικής απεικόνιση δικτύου Kronos συστήματος βάσης

δεδομένων 93

4.23 Οθόνη Διαγράμματος μετατοπίσεων πραγματικού χρόνου Ομάδας 3D σημείων

με παράλληλη εμφάνιση προόδου μετώπων εκσκαφής στον δεξιό κάθετο άξονα 95

4.24 Οθόνη διαγράμματος καταγραφής στάθμης πραγματικού χρόνου πιεζομέτρου 96

xvii

4.25 Οθόνη σε παραθυρικό περιβάλλον απεικόνισης καμπύλων ισοκαθιζήσεων σε

υπόβαθρο οριζοντιογραφίας περιοχής σταθμού 96

4.26 Οθόνη παραθυρικού περιβάλλοντος έγχρωμης απεικόνισης περιοχών Contours

ισομετακινήσεων του συστήματος βάσης δεδομένων 97

4.27 Οθόνη παραθυρικού περιβάλλοντος έγχρωμης απεικόνισης ισοδυναμικών

περιοχών καταγραφής στάθμης υπόγειων υδάτων του συστήματος βάσης

δεδομένων 98

xviii

xix

Συντομογραφίες

A.M Αττικό Μετρό Α.Ε

Α.Σ.Π Αυτοματοποιημένο Σύστημα Παρακολούθησης

Γ.Δ.Π Γεωμηχανική Δομητική Παρακολούθηση

ΕΕΣΥΕ Ελληνική Επιτροπή Σηράγγων Υπογείων Έργων

παρ. Παράγραφος

Η/Μ Ηλεκτρομηχανολογικά

Κ/Ξ Κοινοπραξία

Κ.τ. Ε Κύριος του Έργου

Τ.Β.Μ Μηχάνημα Διάνοιξης Σηράγγων / Tunnel Boring Machine

Ο.Κ.Ω Οργανισμοί Κοινής Ωφέλειας

σc Μονοαξονική αντοχή πίεσης (MPa)

Φ.Ε.Κ Φύλλο Εφημερίδας της Κυβέρνησης

Β.Δ.Γ.Δ.Π Βάση Δεδομένων Γεωμηχανικής Δομητικής Παρακολούθησης

Β.Ο.Τ Build Operate Transfer project

P.M.I Project Management Institute

I.S.R.M International Society for Rock Mechanics

D.A.U.B Γερμανική Επιτροπή Σηράγγων / German Tunnelling Committee

EC-7 Eurocode 7 / Ευρωκώδικας 7: Γεωτεχνικός σχεδιασμός

E.P.F.L Πολυτεχνική Σχολή Λοζάνης / Ecole Polytechnique Federale de Lausanne

E.P.B Εξισορρόπησης Εδαφικής Πίεσης / Earth Pressure Balance Τ.Β.Μ

E.I.S / E.I.R Έκθεση Περιβαλλοντικών Επιπτώσεων

Environmental Impact Statement / Environmental Impact Report

k Συντελεστής διαπερατότητας (permeability coefficient m/sec)

R.M.R Δείκτης Βραχόμαζας / Rock Mass Rating

R.Q.D Δείκτης Κερματισμού Βραχόμαζας / Rock Quality Designation

G.S.I Γεωλογικός Δείκτης Αντοχής / Geological Strength Index

N.A.T.M Νέα Αυστριακή Μέθοδος Διάνοιξης Σηράγγων

New Austian Tunneling Method

S.S Μπετονιτικού Πολφού Ασπίδας / Slurry Shield

SMART Stormwater Management and Road Tunnel - Kuala Lumpur Malaysia

S.W.O.T Πλεονεκτήματα-Αδυναμίες-Ευκαιρίες-Απειλές

Strengths-Weaknesses-Opportunities-Threats

3D Τρεις Διαστάσεις

xx

1

Κεφάλαιο 1

Εισαγωγή

Προοίμιο

Η παρούσα διπλωματική εργασία εκπονήθηκε στα πλαίσια ολοκλήρωσης του

μεταπτυχιακού προγράμματος «Διαχείρισης Τεχνικών Έργων» του Ελληνικού

Ανοικτού Πανεπιστημίου.

Η δυνατότητα εποπτικότητας και ολιστικού ελέγχου των κατασκευών ενός υπογείου

έργου εντός πόλεως μέσω εφαρμογής εξελιγμένης ενόργανης Γεωμηχανικής

Δομητικής παρακολούθησης και η δυνατότητα ελαχιστοποίησης του υπολειπόμενου

κινδύνου και του ρίσκου, αποτέλεσαν έμπνευση για την εκπόνηση της παρούσας

διπλωματικής εργασίας.

Αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η συστηματική συλλογή,

πληροφοριών, η αναλυτική μελέτη, η παρουσίαση και η εξέταση των μηχανών

ολομέτωπης και συνεχούς διάνοιξης αστικών σηράγγων και των συστημάτων

Γεωμηχανικής και Δομητικής Παρακολούθησης (Γ.Δ.Π) που λειτουργούν και

εφαρμόζονται κατά την φάση της κατασκευής των υπογείων έργων σε περιοχές εντός

αστικής ζώνης, που διανοίγονται με την χρήση μηχανών Τ.Β.Μ.

Σκοπός της διπλωματικής εργασίας είναι να παρουσιάσει το γιατί, το πώς και το που

λειτουργούν οι μηχανές ΤΒΜ και τα συστήματα της Γ.Δ.Π. Συγχρόνως να

αναδειχθούν τα πολλαπλά πλεονεκτήματα και οι ιδιαιτερότητες κατά την εφαρμογή

2

αυτών των συστημάτων παρακολούθησης στα υπόγεια έργα μηχανοποιημένης

διάνοιξης σηράγγων εντός αστικών περιοχών και ο κρίσιμος ρόλος της Γ.Δ.Π στην

εξασφάλιση της επιτυχίας ενός σύγχρονου υπόγειου έργου εντός αστικής περιοχής. Η

επιτυχία του υπογείου έργου αναλύεται από την σκοπιά της διαχείρισης και πρόληψης

των κινδύνων και υπό το πρίσμα της σχέσης κόστους – οφέλους σε όλες τις φάσεις

του κύκλου ζωής ενός υπόγειου έργου.

Η παρούσα διπλωματική εργασία αποσκοπεί να λειτουργήσει ως ένα τεχνικό

εγχειρίδιο (handbook) όπου καθορίζονται αναλυτικά τα κρίσιμα σημεία των

συστημάτων της Γ.Δ.Π και των μηχανών ΤΒΜ και το πως προλαμβάνουν και

διαχειρίζονται οριακές καταστάσεις κινδύνου. Τελικός, απώτερος στόχος είναι να

συμβάλλει στην εξέλιξη της έρευνας παρουσιάζοντας δημοσιευμένα άρθρα και

εργασίες, που πραγματεύονται με την ενόργανη παρακολούθηση υπόγειων έργων και

των μηχανών TBM, αλλά και να αποτελεί το εναρκτήριο εργαλείο για περαιτέρω

ανάλυση ειδικά στους τομείς της διαχείρισης της επικινδυνότητας αλλά και της

ανάλυσης κόστους-οφέλους των Γ.Δ.Π σε έργα με ΤΒΜ.

Μεθοδολογία

Η μεθοδολογία που εφαρμόσθηκε για την εκπόνηση της διπλωματικής εργασίας

περιλαμβάνει :

Την συστηματική βιβλιογραφική συλλογή και την κριτική ανασκόπηση

δεδομένων υπογείων έργων, των σχετικών αναλύσεων διαχείρισης κινδύνου και

των εφαρμογών κόστους-οφέλους. Προτύπων και δημοσιευμένων εργασιών που

ασχολούνται με τις εφαρμογές των συστημάτων Γ.Δ.Π, με έμφαση στα έργα

διάνοιξης μηχανοποιημένων σηράγγων εντός αστικών κέντρων με την χρήση

μηχανών Τ.Β.Μ.

Την αναλυτική παρουσίαση πραγματικών συστημάτων Γ.Δ.Π και του

μηχανολογικού εξοπλισμού που χρησιμοποιήθηκαν σε τμήματα υπογείων έργων

σταθερής τροχιάς. Τα δεδομένα προέρχονται από τον Σταθμό Ελληνικό που

πρόσφατα δόθηκε σε λειτουργία και αφορά την Γραμμή 2 (Άγιος Δημήτριος

Ελληνικό).

Από την παρούσα διπλωματική εργασία προκύπτουν συμπεράσματα ότι η

συστηματική εφαρμογή και λειτουργία ενός συστήματος Γ.Δ.Π επιδρά ποικίλος

θετικά στον κύκλο ζωής ενός έργου και συγκεκριμένα:

3

Αποτελεί ένα σημαντικό -εργαλείο- για την επιτυχία ενός υπόγειου έργου, ως

προς το κόστος, το χρόνο και την ποιότητα του, εφόσον παρέχεται η δυνατότητα

έγκαιρου εντοπισμού και έγκαιρης πρόγνωσης πιθανών αστοχιών και συγχρόνως

δίνεται η δυνατότητα συστηματικής αντιμετώπισης των επαναλαμβανόμενων

κινδύνων ενός υπογείου έργου εντός αστικής περιοχής. Η ΓΔΠ αποτελεί ένα

εγγενή και κάθε αυτού σύστημα διαχείρισης κινδύνου.

Με τη συνεχή παρακολούθηση των -επικίνδυνων- παραμέτρων διά της εφαρμογής

δομημένων συστημάτων καταγραφής κατάλληλων στατικών και δυναμικών

χαρακτηριστικών και με την χρήση εξελιγμένων γεωτεχνικών και τοπογραφικών

εξοπλισμών, καθίσταται δυνατή η έγκαιρη αποφυγή αστοχιών, η λήψη

κατάλληλων διορθωτικών μέτρων σε υπό εκτέλεση μελέτες και η αύξηση των

βαθμών ελευθερίας κατά την άσκηση διαχείρισης κινδύνων.

Τέλος με την συστηματική καταγραφή των δεδομένων, μέσω της Γ.Δ.Π κατά την

κατασκευή των υπογείων έργων, επιτυγχάνεται η δυνατότητα εκμετάλλευσης της

αποκτούμενης εμπειρίας προς όφελος των επόμενων γενιών μηχανικών, που θα

υλοποιήσουν τα μελλοντικά υπόγεια έργα, εφόσον βέβαια οι πληροφορίες

αρχειοθετούνται σε σύγχρονες βάσεις δεδομένων που επιτρέπουν δημιουργική

περαιτέρω επεξεργασία και εξέταση, από κατάλληλο εξειδικευμένο επιστημονικό

προσωπικό.

Δομή της Διπλωματικής εργασίας

Η διπλωματική εργασία ξεκινά με την παρούσα εισαγωγή όπου περιγράφεται και

διαρθρώνεται ο τρόπος ανάπτυξης της εργασίας και τονίζονται οι ιδιαιτερότητες κατά

την κατασκευή σηράγγων εντός αστικής ζώνης και οι σχετικοί κίνδυνοι που

ελλοχεύουν.

Κύριο σώμα

Παρουσιάζεται η βιβλιογραφική έρευνα και η αναλυτική ανάδειξη σημαντικών

στοιχείων, μεθόδων, διαδικασιών, προτύπων, δημοσιευμένων εργασιών και -ως

κατασκευάσθει (as build) συστημάτων / εφαρμογών Γ.Δ.Π, με στόχο την εξέλιξη της

έρευνας και την στόχευση σε ενδιαφέροντα και κρίσιμα σημεία. Στην αρχή κάθε

κεφαλαίου του κυρίου σώματος της εργασίας δίνονται βασικές πληροφορίες στον

αναγνώστη που βοηθούν στην σωστότερη και ολοκληρωμένη πληροφόρηση.

Εξετάσθηκαν -κλασικές- πήγες εντύπων εκδόσεων και βιβλιογραφίας μέσω

4

διαδικτύου από σχετικούς ιστότοπους, ηλεκτρονικές βάσεις δεδομένων,

δημοσιευμένες εργασίες και άρθρα σχετικά με τη μελέτη και κατασκευή σύγχρονων

αστικών σηράγγων κυκλικής διατομής με TBM. Οι πηγές που συλλέχθηκαν και

εξετάσθηκαν περιελάμβαναν πληροφορίες για :

o σημαντικά έργα σηράγγων εντός αστικού ιστού που εκτελέσθηκαν με ΤΒΜ

o στοιχεία κόστους οφέλους των αστικών σηράγγων

o διαχείριση κινδύνων

o τον χρησιμοποιούμενο τεχνολογικό γεωδαιτικό και γεωτεχνικό εξοπλισμό

o τις εξειδικευμένες εξελιγμένες μηχανές ΤΒΜ που επιλέγονται

o τα συστήματα που εφαρμόζονται κατά την λειτουργία της ενόργανης Γ.Δ.Π

o τα διαθέσιμα συστήματα, προγράμματα και βάσεις δεδομένων στο εμπόριο.

o νέες μέθοδοι, πρωτοποριακές τεχνικές, εξελιγμένος εξοπλισμός

Η διαδικασία συλλογής, σύγκρισης, αντιπαραβολής και αξιολόγησης των

πληροφοριών βοήθησε καταλυτικά στην καλύτερη διερεύνηση των ιδιαιτεροτήτων

των υπογείων αστικών έργων και στην καταγραφή των λειτουργιών που σχετίζονται

με την παραγωγική διαδικασία των αστικών σηράγγων που υλοποιούνται μέσω

μηχανών διάνοιξης TBM.

Συμπεράσματα και Προτάσεις

Παρατίθενται συγκεντρωτικά τα συμπεράσματα της διπλωματικής εργασίας καθώς

επίσης και προτάσεις για περαιτέρω έρευνα από επαγγελματίες και ερευνητές.

Βιβλιογραφία

Καταγράφεται η σχετική βιβλιογραφία και οι πηγές διαδικτύου, που αποτελέσαν τα

θεμέλια της έρευνας.

5

Κεφάλαιο 2

Σύγχρονα υπόγεια έργα εντός αστικών περιοχών

2.1 Η εξέλιξη των αστικών Σηράγγων

Η κοινωνική και οικονομική εξέλιξη των πόλεων σε μητροπόλεις και σε

πυκνοδομημένα αστικά κέντρα, οδήγησε στην αυξανόμενη εκτέλεση υπόγειων

συγκοινωνιακών κατασκευών και συγκεκριμένα σηράγγων με την χρήση εξελιγμένων

τεχνικών πλήρης μηχανοποιημένης διάνοιξης μέσω χρήσης μηχανών ΤΒΜ, εντός του

αστικού ιστού.

Η διαδικασία διάνοιξης της σήραγγας είναι το κρισιμότερο στάδιο κατά την

κατασκευή και το ποιο επικίνδυνο στο κύκλο ζωής ενός έργου. Ανάλογα με την

μεθοδολογία κατασκευής μπορεί να συνδυάζεται ή όχι η εκσκαφή στο μέτωπο και η

ταυτόχρονη αλληλουχία εργασιών τοποθέτησης τελικής επένδυσης.

Ο λόγος που θεωρείται η διαδικασία εκσκαφής σηράγγων επικίνδυνη, είναι η

πυροδότηση κινήσεων αποτόνωσης τάσεων στην περιβάλλουσα εδαφική περιοχή

κατά την εκσκαφή, γύρω από το σημείο μετώπου, με αποτέλεσμα να παρατηρούνται

συγκλίσεις της βραχόμαζας. Κατά την σύγκλιση της βραχόμαζας ακολουθούν

κινήσεις επιφανειακών καθιζήσεων και παραμορφώσεων που προκαλούν

σημαντικούς κινδύνους στα υπόγεια έργα. Ιδιαίτερα σε υπόγειες κατασκευές εντός

πυκνοδομημένων πόλεων οι κίνδυνοι πολλαπλασιάζονται.

6

Οι παραμορφώσεις και οι καθιζήσεις επιβάλλεται να παρακολουθούνται συνεχώς και

να ελέγχονται μέσω της ΓΔΠ. Οι μέθοδοι διάνοιξης χωρίζονται σε παραδοσιακές

συμβατικές και σε καθαρά μηχανοποιημένες με την χρήση εξειδικευμένων μηχανών

όπου και αποτελούν την κύρια μέθοδο έρευνας της παρούσας διπλωματικής εργασίας.

Οι συνήθεις μέθοδοι διάνοιξης σηράγγων είναι οι ακόλουθες:

o η νέα Αυστριακή μέθοδος διάνοιξης σηράγγων και για συντομία καλούμενη ως

«ΝΑΤΜ»

o η Cut & Cover κατασκευή ανοιχτού ορύγματος εκσκαφής και επικάλυψης ή/και η

Cover & Cut μέθοδος κατασκευής επικάλυψης και εκσκαφής

o η μηχανοποιημένη διάνοιξη που αποτελεί την αποτελεσματικότερη και

συνηθέστερη λύση για έργα σηράγγων εντός πόλεως με μηχανήματα ολομέτωπου

κοπής (Tunnel Boring Machines, ΤΒΜ)

Τα μειονεκτήματα των συμβατικών μεθόδων που οδήγησαν στην περαιτέρω

ανάπτυξη και εξέλιξη της μηχανοποιημένης διάνοιξης και εκσκαφής σηράγγων με

μηχανές ΤΒΜ σε σχέση με τις παραδοσιακές και συμβατικές μεθόδους είναι ότι :

o η παραδοσιακές απαιτούσαν την χρήση εκρηκτικών υλών για την θραύση του

πετρώματος με αποτέλεσμα οι δονήσεις, η ηχορύπανση και η αβεβαιότητα που

προκαλείται από τις ανατινάξεις, να κρίνεται μη αποδεκτή πολλές φορές σε έργα

εντός πόλεως

o κατά τον κύκλο εκτέλεσης της συμβατικής διάνοιξης παρεμβάλλεται σημαντικό

νεκρό χρονικό διάστημα όπου τα πρανή ή τα μέτωπα εκσκαφής είναι

ανυποστήρικτα μέχρι να ξανά ξεκινήσουν οι εργασίες. Η σύγκλιση της

βραχόμαζας που συμβαίνει κατά τον νεκρό χρόνο, μέχρι να υποστηριχθεί με την

εφαρμογή προσωρινής ή τελικής επένδυσης, αποτελεί επικίνδυνο διάστημα όπου

παρατηρούνται αστοχίες και ατυχήματα από τις βραχοπτώσεις και κατολισθήσεις.

Η ασυνεχής διακοπτόμενη εργασία που περιγράφεται παραπάνω αποτελεί για

τους κατασκευαστές τροχοπέδη και η εύρεση εναλλακτικών ήταν μονόδρομος.

Συγχρόνως όμως υπάρχουν και περιπτώσεις έργων που οι συμβατικές μέθοδοι

πλεονεκτούν σε πολλά σημεία (όπως η νέα Αυστριακή μέθοδος ΝΑΤΜ) έναντι της

σύγχρονης μεθόδου πλήρης μηχανοποιημένης διάνοιξης. Αυτά τα σημεία είναι τα

εξής:

7

o εύκολη προσαρμογή του τρόπου και του ρυθμού εκσκαφής σε ετερογενή εδάφη

που παρουσιάζουν έντονη μεταβλητότητα.

o ευελιξία στην κατασκευή ασυνήθιστων διατομών διαφόρων σχημάτων και

διαστάσεων, με αποτέλεσμα να επιλέγονται συχνά από τους μελετητές σε

περιοχές όπου απαιτούνται μεταβολές στην συνήθη γεωμετρία της διατομής.

o οικονομικές λύσεις με χρήση φθηνού και συνήθους μηχανολογικού εργοταξιακού

εξοπλισμού, σε σύγκριση με τις ακριβές μηχανές διάνοιξης ΤΒΜ, που συνήθως

για να επιτευχθεί η απόσβεση κόστους αγοράς, θα πρέπει να χρησιμοποιηθούν σε

περισσότερα από ένα έργα ή σε σήραγγες μεγάλου μήκους.

Η μέθοδος της μηχανοποιημένης διάνοιξης βοήθησε στην εκμετάλλευση του

υπεδάφους με την κατασκευή υπόγειων,

o οδικών αστικών συγκοινωνιών

o δικτύων σταθερής τροχιά για την μετακίνηση μέσων μαζικής μεταφοράς

o εγκαταστάσεων δικτύων και υποδομών κοινής ωφέλειας για την μεταφορά

αποβλήτων, για την απορροή όμβριων ή και δικτύων Η/Μ στο υπέδαφος των

πόλεων με στόχο την

o ελαχιστοποίηση της όχλησης κατά την κατασκευή

o προώθηση της αειφόρου ανάπτυξης

o διατήρηση και καλυτέρευση του αστικού περιβάλλοντος με την εξοικονόμηση

χώρου

o ασφαλή και γρήγορη μεταφορά από και προς τις πόλεις

o αύξηση του χρόνου ζωής και λειτουργίας του έργου εφόσον οι κατασκευές

είναι προστατευμένες από τις σεισμικές φορτίσεις και την συνήθη διάβρωση

λόγω καιρικών συνθηκών. Η σεισμική καταπόνηση μιας εγκιβωτισμένης

υπόγειας κατασκευής είναι ηπιότερη από την αντίστοιχη καταπόνηση μιας

υπέργειας κατασκευής

Οι σύγχρονες αστικές σήραγγες είναι επιμήκης κατασκευές κυκλικής διατομής που

φορτίζονται κατά βάση από το υπερκείμενο έδαφος. Τα μεγέθη των διατομών και οι

διαστάσεις των σηράγγων συνεχώς αυξάνονται με τις διαμέτρους να ξεπερνούν τα 15

μ. με απώτερο στόχο να εξυπηρετούν ψηλά επαγγελματικά οχήματα και να

φιλοξενούν πολλαπλές λειτουργίες. Τα τελευταία 25 χρόνια οι σήραγγες

μηχανοποιημένης διάνοιξης αποτελούν την συνηθέστερη επιλογή των φορέων και την

8

ενδεικτικότερη λύση στα προβλήματα που παρουσιάζονται στις σύγχρονες πόλεις και

παρουσιάζονται παρακάτω:

o η περιβαλλοντική μόλυνση

o ο υπερπληθυσμός των πόλεων με αποτέλεσμα την αυξανόμενη ζήτηση για

παροχή δικτύων κοινής ωφέλειας (π.χ. ενέργειας, διαχείρισης αποβλήτων,

παροχής νερού κ.α.)

o η αύξηση των μετακινήσεων, του κυκλοφοριακού φόρτου και των ωρών

αιχμής

o η έλλειψη κοινόχρηστων χώρων στάθμευσης και αναψυχής

2.2 Έργα αστικών σηράγγων στην Ελλάδα

2.2.1 Αττικό Μετρό

Σε εθνικό επίπεδο τα έργα αστικών σηράγγων ξεκίνησαν να εκτελούνται για πρώτη

φορά την δεκαετία του 1990. Το 1991 ιδρύθηκε η Αττικό Μετρό Α.Ε και αυτή την

στιγμή πραγματοποιούνται από την εταιρεία σύγχρονα δίκτυα σταθερής τροχιάς στην

Αθήνα αλλά και στην Θεσσαλονίκη.

Στην Αθήνα αυτή την στιγμή το υφιστάμενο δίκτυο του Αττικό Μετρό με ένα ή διπλό

κλάδο σηράγγων με διάμετρο κυκλικής διατομής μεταξύ 7 μ. και 9 μ., έχει φτάσει σε

μήκος τα 60 χλμ. και βρίσκονται σε λειτουργία 40 σταθμοί επιβίβασης. Το δίκτυο

μεγαλώνει συνεχώς με νέα έργα επεκτάσεων που θα φτάσουν το μήκος του δικτύου

το 2018 σε 67 χλμ. και τον αριθμό των επιβατικών σταθμών σε 46 . Η γραμμή 3

(Αγία Βαρβάρα-Πειραιάς) κατασκευάζεται και το ποσοστό περάτωσης είναι περίπου

40%. Στο έργο της Αθήνας έχουν λειτουργήσει διάφορα είδη μηχανών ΤΒΜ,

συνήθως τύπου EPB και ο μέσος ρυθμός προχώρησης που έχει καταγραφεί μέχρι

σήμερα είναι τα 10 μ. / ημέρα με μέγιστο καταγεγραμμένο ρυθμό προχώρησης τα

28μ. / ημέρα.

9

Πίνακας 2.1: Χαρακτηριστικά δικτύου Γραμμής 2 και 3 Αττικό Μετρό Αθήνας

( Γ.Λεουτσάκος , Αττικό Μετρό 2014)

Στον πίνακα 2.1 παρουσιάζονται συνοπτικά πληροφορίες για το πώς έχει εξελιχθεί το

υπόγειο έργο σε δύο συγκεκριμένες γραμμές και παραθέτει τα περιβαλλοντικά οφέλη

από την χρήση του έργου. Μετά από περίπου 10 χρόνια κατασκευής, με έναρξη το

1993 και πρώτη λειτουργία το 2003 με μήκος δικτύου 17,6 χλμ, σήμερα το δίκτυο

έχει τριπλασιασθεί σε μήκος (από 17,6χλμ σε 60 χλμ) και έχουν διπλασιασθεί και οι

σταθμοί επιβίβασης (από 19 σε 40). Η εξέλιξη του δικτύου συνεχίζει να

δρομολογείται απρόσκοπτα με πρόβλεψη επεκτάσεων μέχρι και πέραν του έτους

2020. Τα περιβαλλοντικά οφέλη και η αειφόρος ανάπτυξη που έχει προκαλέσει η

χρήση του Αττικό Μετρό στην Αθήνα είναι εμφανής με το μέσο αριθμό καθημερινών

χρηστών να φτάνει το 1 εκ. και η μείωση της αέριας ρύπανσης από τους επιβλαβής

ρύπους διοξειδίου του άνθρακα (CO2) να φτάνει σε καθημερινή βάση τους 850

τόνους. Η ημερήσια μείωση ρύπων διοξειδίου του άνθρακα που επιτυγχάνεται λόγω

της χρήσης του έργου, ισοδυναμεί με τους ρύπους που πλέον δεν εκπέμπουν 200.000

επιβατικών αυτοκινήτων διανύοντας 30 χλμ/ ημέρα.

2.2.2 Μετρό Θεσσαλονίκης

Το έργο της Θεσσαλονίκης ξεκίνησε να κατασκευάζεται το 2006 και η πρώτη

σύμβαση διανύει τον ένατο χρόνο εκτέλεσης και μέχρι σήμερα παρουσιάζει ποσοστό

38% περάτωσης φυσικού αντικειμένου. Η δεύτερη σύμβαση που αφορά την

επέκταση προς Καλαμαριά (ανατολικά) βρίσκεται σε αρχική εξέλιξη και εκτελείται

από διαφορετικό ανάδοχο. Για την εκτέλεση της γραμμής επιλέχθηκε η σύγχρονη

10

λειτουργία δύο μηχανών διάνοιξης ΤΒΜ. Από το τέλος του 2014 το έργο της κύριας

γραμμής, βρίσκεται σε φάση παύσης και αναστολής εργασιών με διαπραγματεύσεις

και πολιτικές παρεμβάσεις να πραγματοποιούνται μεταξύ των αναδόχων εταιρειών

και του κυρίου του έργου. Κάποια από τα προβλήματα και ζητήματα που έχουν

προκύψει μεταξύ των δύο μερών, που έχουν δημοσιοποιηθεί στον έντυπο και

ηλεκτρονικό τύπο, παρουσιάζονται συνοπτικά παρακάτω και αποτελούν συνήθεις και

γνώριμους κινδύνους έργων που παρατηρούνται συχνά στον ελληνικό

κατασκευαστικό κλάδο:

o επιπρόσθετο κόστος συμπληρωματικών συμβάσεων από εκτέλεση

αρχαιολογικών ερευνών και ανασκαφών

o οικονομικά προβλήματα μη ομαλής χρηματοδότησης

o καθυστέρηση απόδοσης λύσεων μέσω διαιτησίας και δικαστικών αποφάσεων,

o καθυστέρηση λόγω αλλαγών και προβλημάτων κατά την εφαρμογή των

μελετών

o χρονική καθυστέρηση στην εκτέλεση κατασκευαστικών εργασιών

o χρονική καθυστέρηση κατά την παράδοση απαλλοτριωτέων χώρων

o σημαντικά αρχαιολογικά ευρήματα και ανασκαφικές σωστικές εργασίες

(Σταθμός Βενιζέλου)

Η έως τώρα εξέλιξη του έργου, συνολικού κόστους 900 εκ. ευρώ, παρουσιάζεται

παρακάτω:

o απορροφημένοι πόροι 450 εκατ. ευρώ με αντίστοιχη πρόοδο 45%-50%

o κόστος έργων αρχαιολογικών ανασκαφών 90 εκατ. Ευρώ (20%)

o ποσοστό ολοκλήρωσης φυσικού αντικειμένου 38%

o ποσοστό ολοκλήρωσης σηράγγων 73% και έργων πολιτικού μηχανικού 55%

o ποσοστό περάτωσης μελετών 75%

o 75 αιτήματα διαιτησίας και ενστάσεις του αναδόχου, συνολικό κόστος

διεκδικήσεων 682 εκ. ευρώ (μέχρι τώρα έχουν εκδικασθεί 30)

o 10% ποσοστό ικανοποίησης αναδόχου, εκκρεμείς αποφάσεις που αφορούν

διεκδικήσεις 300 εκ. ευρώ.

o 281 εκ. ευρώ υπολειπόμενο κόστος Η/Μ και για σηματοδότηση

o 105 εκατ. ευρώ υπολειπόμενο κόστος για τροχαίο υλικό

o σε εξέλιξη διαγωνισμός για σύναψη σύμβασης ετήσιου κόστους περίπου 3.5

εκ. ευρώ για πέντε χρόνια με εξωτερικό τεχνικό σύμβουλο έργου, με

11

εισηγητικό ρόλο, για την υποστήριξη των μελετών, την διαχείριση-επίβλεψη

του έργου και την παροχή εξειδικευμένων τεχνικών λύσεων

o πιθανό χρονοδιάγραμμα περάτωσης έως το 2020

Στο συγκεκριμένο έργο τα παραπάνω προβλήματα και οι χαμηλοί ρυθμοί περάτωσης,

έχουν φέρει σε αδιέξοδο την συνέχιση του έργου. Στο έργο λόγω της προβληματικής

πορείας εκτέλεσης, έχει εμπλακεί αυτεπάγγελτα η δικαιοσύνη. Το έργο θα μπορούσε

να αποτελέσει ενδιαφέρουσα υπόθεση εργασίας και έρευνας, με θέμα – την

διαχείριση κινδύνων - κατά την κατασκευή ενός υπόγειου αστικού έργου στο

ελληνικό περιβάλλον.

2.2.3 Υποθαλάσσια Αρτηρία Θεσσαλονίκης

Σημαντικό υπόγειο αστικό οδικό έργο ήταν και η υποθαλάσσια αρτηρία

Θεσσαλονίκης, που δημοπρατήθηκε ως σύμβαση παραχώρησης (Β.Ο.Τ/P.P.P), που

συμβασιοποιήθηκε το 2005, με συνολικό κόστος περίπου 400 εκ. ευρώ και τελικώς

ακυρώθηκε οριστικά στο τέλος του 2009, ενώ είχε ξεκινήσει η περίοδος μελέτης και

κατασκευής από το 2006. Συγκεκριμένα το έργο ακυρώθηκε κατά την φάση

εκτέλεσης των μελετών εφαρμογής, μετά την διενέργεια της συμπληρωματικής

γεωτεχνικής έρευνας και βασικών γεωφυσικών ερευνών.

Σε διάστημα τριών χρόνων μεταξύ 2007-2009, μετά την εκτέλεση της θαλάσσιας

ηχοβολιστικής έρευνας και την εύρεση ενδείξεων αρχαιολογικού ενδιαφέροντος

εντός της ζώνης επιρροής του έργου, εκτιμήθηκε ως προτιμότερη λύση, να αλλάξει η

μέθοδος κατασκευής και συγχρόνως ο υποβιβασμός της ερυθράς και της χάραξης του

έργου βαθύτερα για την αποφυγή όχλησης αρχαίων ευρημάτων και κάποιων

διατηρητέων κτιρίων. Από υποθαλάσσια ζεύξη προκατασκευασμένων στοιχειών

τετραγωνικής διατομής με δύο κλάδους σε επαφή προτάθηκε να κατασκευασθεί ως

ένα σύγχρονο υπόγειο έργο αστικής οδικής σήραγγας κυκλικής διατομής και διπλού

καταστρώματος, μέσω μηχανοποιημένης διάνοιξης διαμέτρου περίπου 15 μ (βλ.

παράρτημα Β.2 εικ. Β.2.3 και Β2.4)

Τελικώς η νέα πρόταση εκτιμήθηκε αρνητικά, από τους αρμόδιους φορείς και το έργο

εγκαταλείφθηκε με αποτέλεσμα ο παραχωρησιούχος να στραφεί στην διάλυση της

σύμβασης μέσω διαιτησίας και να διεκδικήσει την σχετική χρηματική αποζημίωση.

Το συγκεκριμένο έργο παραχώρησης με μορφή υπόγειας οδικής αρτηρίας, πιθανών

δεν θα πραγματοποιηθεί στο άμεσο μέλλον, λόγω μη εύρεσης κατάλληλων

τραπεζικών χρηματοδοτικών σχημάτων αλλά και λόγω της οικονομικής ύφεσης που

12

καθιστά την κατασκευή και την λειτουργία ασύμφορη και για τους διαχειριστές και

για τους χρήστες του έργου.

2.3 Πρωτοποριακά διεθνή έργα

Το παράρτημα Β.1 και Β.2, προβάλλει πίνακες που αφορούν δεδομένα και στοιχεία

από διεθνή πρωτοποριακά έργα υπόγειων αστικών σηράγγων που εκτελούνται ή

εκτελέσθηκαν την τελευταία εικοσαετία. Επίσης παρουσιάζονται τυπικές διατομές,

όπου εντός τους ενσωματώνονται συνδυαστικά τουλάχιστον δύο από τις παρακάτω

λειτουργίες:

o η κυκλοφορία επιβατικών και φορτηγών οχημάτων

o η κυκλοφορία συρμών σταθερής τροχιάς

o οι διάδρομοι διάβασης πεζών ή οχημάτων αμέσου επέμβασης

o οι διάδρομοι εγκαταστάσεων δικτύων Η/Μ, φωτισμού και αερισμού σήραγγας

Στο παράρτημα Β.1 παρατίθενται για κάθε σήραγγα αναλυτικά τα χαρακτηριστικά

μήκους, διαμέτρου, γεωλογίας, λειτουργίας και ο αριθμός των κλάδων ενώ στο

παράρτημα Β.2 παρουσιάζονται οι τυπικές διατομές, τα χαρακτηριστικά της

διαμέτρου και του μήκους αλλά και οι ιδιαιτερότητες εκμετάλλευσης των χώρων για

κάθε έργο σήραγγας. Παρατηρείται ότι η τεχνολογική εξέλιξη των σηράγγων

μετέτρεψε κάθε σύγχρονη σήραγγα σε ένα πολύ-λειτουργικό μέσο εξυπηρέτησης.

Μετέτρεψε τις υπόγειες μετακινήσεις και τις συγκοινωνίες σε διαγωνισμό

πρωτοπορίας και καινοτομίας με έντονη ανταγωνιστικότητα μεταξύ των φορέων

σχεδίασης, μελέτης, εκτέλεσης και λειτουργίας των αστικών σηράγγων.

Προς επίρρωση των παραπάνω παρατίθεται το παρακάτω διάγραμμα του σχήματος

2.2, όπου καταγράφονται οι διάμετροι μηχανών ΤΒΜ που χρησιμοποιήθηκαν σε έργα

σηράγγων τα τελευταία 30 χρόνια. Διακρίνεται η αισθητή αύξηση των διαμέτρων τα

τελευταία 15 χρόνια, που φτάνουν μέχρι και τα 18 μέτρα αλλά και η συνεχής τάση

για όλο και ποιο πολλά υπερμεγέθη μηχανήματα ΤΒΜ.

13

Σχήμα 2.2: Διάμετροι μηχανών ΤΒΜ (ft) ανά έτος

(Cascadia, Arup North America Ltd, 2008)

2.3.1 Σήραγγα «SMART»

Οι υπόγειες αστικές σήραγγες σε διεθνή επίπεδο έχουν συνήθως διττό σκοπό και

αξιοποιούν στο μέγιστο την χρήση και την λειτουργία του έργου. Τέτοιο είδους

πρωτοποριακό υπόγειο έργο είναι η σήραγγα που κατασκευάσθηκε στην πρωτεύουσα

της Μαλαισίας και ονομάζεται ως «SMART» και η ονομασία προέρχεται από τα

αρχικά της πλήρης ονομασίας που είναι «Stormwater Management and Road

Tunnel».

Η συγκεκριμένη σήραγγα που παρουσιάζεται στην εικόνα 2.3, κόστισε περίπου 500

εκ. ευρώ, παραδόθηκε το 2007 και λειτουργεί ως οδική, αλλά και συγχρόνως, όποτε

απαιτείται και ως υδραυλική σήραγγα. Λόγω των ιδιαίτερων καιρικών συνθηκών

στην Kuala Lumpur -σημαντικής έντασης βροχοπτώσεων- οι φορείς αποφάσισαν να

διαχειριστούν με ένα έργο δύο αστικά προβλήματα, δηλαδή διαχείριση του

κυκλοφοριακού φόρτου αλλά και των όμβριων υδάτων για την αποφυγή πλημμυρών.

Την εποχή των βροχοπτώσεων η σήραγγα διαμέτρου 13μ σταδιακά σταματά να

λειτουργεί ως οδική και μετατρέπεται σε καθαρά υδραυλική σήραγγα απορροής

όμβριων υδάτων με φυσική ροή για απόσταση μήκους περίπου 4 χιλιομέτρων.

14

Εικόνα 2.3: Τρόπος Λειτουργίας Σήραγγας SMART Kuala Lumpur Malaysia

(SMART)

Σημαντική καινοτομία επίσης του συγκεκριμένου έργου αποτελεί η εξυπηρέτηση της

αμφίδρομη κίνησης των οχημάτων και στις δύο κατευθύνσεις με την κατασκευή δύο

επιπέδων καταστρώματος σε ένα κλάδο σήραγγας. Η συγκεκριμένη σήραγγα

εξυπηρετεί συγκοινωνιακά μόνο επιβατικά οχήματα λόγω χαμηλού ελεύθερου ύψους

και δεν επιτρέπεται η χρήση από φορτηγά και δίκυκλα.

Αντίστοιχα τέτοιου είδους τεχνικές ιδιαιτερότητες παρουσιάζονται τα τελευταία

χρόνια σε διάφορα υπόγεια έργα σηράγγων που εκμεταλλεύονται πλήρως την υπόγεια

κατασκευή σήραγγας. Παρατηρούνται επίσης σύγχρονες σήραγγες διπλού

καταστρώματος που εξυπηρετούν παράλληλα στο ένα επίπεδο οχήματα και στο άλλο

επίπεδο μέσα σταθερής τροχιάς. Μία από αυτές είναι η σήραγγα «Serebryany» της

Μόσχας (παράρτημα Β.2) με διάμετρο 14 μ. που παραδόθηκε το 2007.

15

2.3.2 Σήραγγα «SR99 Alaskan Way»

Ένα από τα μεγαλύτερα και συγχρόνως πρωτοποριακά έργα που κατασκευάζεται

αυτή την στιγμή στην πολιτεία του Σηάτλ της Αμερικής, με μηχάνημα ΤΒΜ τύπου

EPBM Ιαπωνικής κατασκευής, είναι το έργο του -SR99 Alaskan Way-.

Εικόνα 2.4: 3D απεικόνιση τυπικής διατομής διαμέτρου 17,5μ σήραγγας οχημάτων

διπλού καταστρώματος, Σηάτλ Η.Π.Α (E F. Gonzales, Dragados 2012)

Τεχνικά χαρακτηριστικά (εικόνα 2.4) του εξελιγμένου μηχανολογικού εξοπλισμού

του συγκεκριμένου έργου το κατατάσσουν ως καινοτόμο και μοναδικής τεχνολογίας.

Ειδικότερα επιτεύγματα όπως:

o η έντονη μεταβλητότητα της γεωλογίας και των γεωτεχνικών χαρακτηριστικών

των εδαφών αλλά και η έντονη ετερογένεια της στρωματογραφίας ανάγκασε τους

κατασκευαστές να εφαρμόσουν τεχνολογικά εξελιγμένα και πρωτοπόρα

συστήματα γεωμηχανικής και δομητικής παρακολούθησης με στόχο την αύξηση

του καθεστώτος ασφάλειας κατά την διάρκεια υλοποίησης του έργου

o η μεγάλη διάμετρος εκσκαφής 17 μ. και οι αυξημένες απαιτήσεις διαχείρισης των

υλικών εκσκαφής κατέστησε από μόνο του, τον μηχανολογικό εξοπλισμό, να

αποτελεί καινοτομία και πρωτόγνωρη εξέλιξη στην σηραγγοποιία και στην

σύγχρονη μηχανική

o η ελαχιστοποίηση του διάκενου ανάμεσα στην γραμμή εκσκαφής και την

εξωτερική περίμετρο της τελικής επένδυσης σε μόλις 20 εκ., με στόχο την

καταλυτική μείωση των επιφανειακών καθιζήσεων και των μετακινήσεων

16

o η ελαχιστοποίηση του διάκενου ανάμεσα στην γραμμή εκσκαφής και την

εξωτερική γραμμή της ασπίδας του μηχανήματος σε μόλις 3 εκ. λόγω της ενεργής

αρθρωτής διαμόρφωσης της ασπίδας που εξελίχθηκε για το συγκεκριμένο έργο,

με στόχο την μείωση των συγκλίσεων και των παραμορφώσεων λόγω της

τεράστιας εκσκαφής

το καθιστούν έργο πρωτοποριακό και απαράμιλλης εξέλιξης, που πιθανών θα

αποτελεί για χρόνια την -αιχμή δόρατος- για τα μελλοντικά μεγάλα αστικά έργα

σηράγγων. Παρακάτω ο πίνακας 2.5 προβάλλει τα κυριότερα τεχνικά χαρακτηριστικά

της ισχύος και του εξοπλισμού της συγκεκριμένης μηχανής διάνοιξης ΤΒΜ που

λειτουργεί στο έργο.

Πίνακας 2.5: Τεχνικά χαρακτηριστικά μηχανήματος TBM τύπου EPBΜ

Hitachi Zosen Σηάτλ ΗΠΑ (Gonzalez, Dragados, TunnelTech)

2.4 Οικονομικά χαρακτηριστικά αστικών σηράγγων

Μελέτες και έρευνες πραγματικών δεδομένων που εκτελέσθηκαν από τεχνικούς

φορείς και κατασκευαστές διεθνούς εμπειρίας (T&T North America, Cascadia Arup

Ltd) παρουσιάζονται στο παράρτημα Β.3, σε μορφή πινάκων και εικόνων με την

βοήθεια αναλύσεων που βασίζονται σε καθαρά τυπικές οικονομικές αρχές αλλά και

βασικές θεωρίες απόσβεσης κόστους. Συγκεκριμένα στο παράρτημα Β.3

17

παρουσιάζονται συγκριτικά οικονομικά χαρακτηριστικά αστικών σηράγγων κατά την

διάρκεια κατασκευής αλλά και κατά την διάρκεια λειτουργίας.

Η εικόνα Β.3.1 του παραρτήματος, παρουσιάζει την θετική οικονομική επιρροή που

έχει μια αστική σήραγγα στην κτηματαγορά και στην αξία των αστικών ακινήτων σε

αντίθεση με την κατασκευή μιας υπερυψωμένης γέφυρας για την εξυπηρέτηση του

κυκλοφοριακού φόρτου μιας λεωφόρου. Είναι ξεκάθαρο ότι η λύση της αστικής

σήραγγας πλεονεκτεί και τα προτερήματα αναφέρονται αναλυτικά στην αρχή του

παρόντος κεφαλαίου και διεξοδικότερα στα επόμενα κεφάλαια

Στον πίνακα Β.3.2 του παραρτήματος, παρουσιάζονται συγκριτικά οικονομικά

στοιχεία του κόστους κατασκευής (soft costs, direct project costs) 4 διαφορετικών

έργων αναφοράς, που θα εξυπηρετούν όμως τον ίδιο σκοπό, δηλαδή εξυπηρετούν την

ίδια οδική κυκλοφορία της ίδιας πόλης. Λήφθηκε υπόψη ως έργο αναφοράς μία απλή

συμβατική οδοποιία και βαθμονομήθηκε με την μονάδα. Για την σύγκριση και

εξέταση αναλύθηκαν ένα έργο σήραγγας ΤΒΜ/ΝΑΤΜ, ένα έργο cut & cover, και ένα

έργο υπερυψωμένης γέφυρας (overpass). Οι παράγοντες που εξετάσθηκαν και

αναλύθηκαν τα κόστη είναι οι παρακάτω:

o Περιβαλλοντικές μελέτες (EIR, EIS)

o Κόστος απαλλοτριώσεων (right of way)

o Μείωση παραγωγικότητας (productivity loss)

o Διαχείριση έργου (construction management)

o Εκτροπές κυκλοφορίας, μεταφορά δικτύων ΟΚΩ, (traffic & utility relocation)

o Συντήρηση έργου (maintenance)

o Κόστος μελέτης (design cost)

o Κόστος κατασκευής (structures construction cost)

Παρατηρούμαι ότι η αστική σήραγγα συνολικά βαθμονομείται συνολικά με 3.2

μονάδες, και είναι η ακριβότερη σε μόνο έναν από τους οκτώ παραπάνω

κοστολογημένους παράγοντες. Είναι αισθητά ακριβότερη στο κόστος κατασκευής (με

βαθμό 11) και συνήθης για το κόστος μελέτης (με βαθμό 1,4). Σε όλους τους άλλους

τομείς βαθμονομείται ως η φθηνότερη λύση. Είναι άξιο να αναφερθεί ότι το

κατασκευαστικό κόστος της αστικής σήραγγας ΤΒΜ είναι 11 φορές μεγαλύτερο από

το κόστος του αντίστοιχου συμβατικού έργου αναφοράς, με δεύτερο ποιο ακριβό

18

έργο σε σχέση με το κόστος κατασκευής να είναι το cut & cover (7 φορές

ακριβότερο).

Στον πίνακα Β.3.3 παρουσιάζονται τα οικονομικά στοιχεία για τα ίδια 4 έργα, αλλά

για διαφορετικούς παράγοντες εκτίμησης του σχετικού κόστους όπως:

o το κόστος ζωής του έργου ανά έτος (life span relation)

o το διανεμημένο κόστος ετήσιας λειτουργίας (total project cost)

o το κόστος περιβαλλοντικής μόλυνσης (enviromental pollution)

o το κόστος απώλειας φορολόγησης ακινήτων κτηματαγοράς (property taxes loss)

o το κόστος συντήρησης του έργου (maintenance)

o το κόστος κοινωνικής διάσπασης-αναταραχής (social divide)

Και πάλι τα συμπεράσματα είναι πολύ θετικά για τα έργα αστικών σηράγγων γιατί

αποδεικνύονται :

o ως η φθηνότερη λύση, σε σχέση με το ετήσιο συνολικό κόστος λειτουργίας, με

βαθμονόμηση 0.4

o ως το δεύτερο φθηνότερο έργο σε σχέση με την απόσβεση του κόστους

κατασκευής στην διάρκεια του κύκλου ζωής του έργου

Στον πίνακα B.3.4, παρουσιάζονται οικονομικά στοιχεία, με έτος βάσης το 2008 σε

εκατομμύρια δολάρια, για ένα σύνηθες έργο παραχώρησης. Τα στοιχεία

περιλαμβάνουν όλες τις φάσεις του έργου, από την σύλληψη και τον σχεδιασμό της

αστικής σήραγγας μέχρι και την τελευταία φάση της κατεδάφισης. Συγκεκριμένα

αναλύεται ένα έργο αστικής διπλής σήραγγας μήκους 2.4 χιλιομέτρων που έχει

κατασκευασθεί με μηχάνημα ΤΒΜ διαμέτρου 11μ. Από τον πίνακα προκύπτει ότι το

έργο έχει κύκλο ζωής 111 ετών με τον αντίστοιχο χρόνο λειτουργίας του να

λαμβάνεται ως 100 χρόνια.

Από την παραπάνω περιγραφόμενη έρευνα και συσχετίζοντας τα δεδομένα,

καταλήγουμε ότι το κατασκευαστικό κόστος αναλογεί περίπου στο 25% επί του

συνολικού κόστους του έργου, ενώ για ένα αντίστοιχο «μη υπόγειο» συμβατικό έργο,

το ποσοστό φτάνει το 10%. Συγκρίνοντας όμως τα δύο έργα σε βάθος χρόνου χρήσης

και λειτουργίας, παρατηρούμε ότι επειδή τα υπόγεια έργα έχουν μεγαλύτερο χρόνο

ζωής και μικρότερο κόστος συντήρησης και λειτουργίας. τελικά καταλήγει ένα

υπόγειο συγκοινωνιακό έργο να είναι αποδοτικότερο - οικονομικότερο από ότι ένα

συμβατικό. Σίγουρα τα έργα αστικών σηράγγων αρχικώς, μπορεί να θεωρούνται ως

19

μία ακριβή λύση σε σχέση με το κόστος κατασκευής τους, αλλά εάν συσχετισθούν

όλοι οι παράγοντες με κριτικό επιστημονικό τρόπο συμπεραίνετε ότι είναι από τις

φθηνότερες και οικονομικότερες επιλογές έργου. Ειδικότερα τα υπόγεια έργα που

κατασκευάζονται με την μηχανοποιημένη διάνοιξη μέσω χρήσης μηχανών ΤΒΜ,

πλεονεκτούν κατά των φάσεων της λειτουργίας, της συντήρησης, της χρήσης και τα

σύνοδα οφέλη είναι πολλαπλάσια.

2.5 Νέα Αυστριακή μέθοδος ΝΑΤΜ

Η μέθοδος κατασκευής η οποία συνεχίζει να εφαρμόζεται σε σύγχρονα υπόγεια έργα

αστικών σηράγγων είναι η νέα Αυστριακή μέθοδος που παρουσιάσθηκε πρώτη φορά

το 1962 στο Σάλτσμπουργκ και παραμένει μία δημοφιλής μέθοδο κατασκευής, λόγω :

o της ευελιξίας και της προσαρμοστικότητας κατά την κατασκευή

o του χαμηλού κόστους του μηχανολογικού εξοπλισμού.

Συνηθίζεται από τους μελετητές, σε δύσκολα σημεία κατά την χάραξη των αστικών

σηράγγων ή στα σημεία έναρξης των σηράγγων (φρεάτια-shafts), λόγω προβλημάτων

ετερογενούς γεωλογίας, είτε χαμηλών υπερκειμένων, είτε της γεωμετρίας της

διατομής, να επιλέγεται η ΝΑΤΜ ως μία εφαρμόσιμη οικονομική λύση.

Η εκσκαφή και η διάνοιξη της βραχόμαζας εκτελείται, μέσω της γόμωσης και της

ανατίναξης εκρηκτικών, ανά μικρά βήματα προχώρησης της τάξεως συνήθως των 2 ή

3 μέτρων, ανάλογα με την ποιότητα βράχου και τα γεωλογικά χαρακτηριστικά. Όσο

φτωχότερη η ποιότητα της βραχόμαζας, τόσο μικρότερος ο ρυθμός εκσκαφής και

φυσικά τόσο αυξάνεται το κατασκευαστικό κόστος.

Σε αντίθεση με την μέθοδο εκσκαφής ΝΑΤΜ, η εκσκαφή μέσω μηχανών ΤΒΜ

εγγυάται υψηλότερους μέσους ρυθμούς προχώρησης με περισσότερες δικλείδες

ασφαλείας εφόσον το μέτωπο εκσκαφής είναι συνεχώς υπό μηχανική πίεση και

επιτυγχάνεται ο δραστικός έλεγχος των συγκλίσεων και των μετακινήσεων στην

επιφάνεια.

Μετά την εκσκαφή, εφαρμόζεται άμεσα η προσωρινή υποστήριξη, δηλαδή ενός

«εύκαμπτου μανδύα», στην πλησιέστερη δυνατή απόσταση από το εκτεθειμένο

μέτωπο εκσκαφής μέσω

o εκτοξευόμενου οπλισμένου ή απλού σκυροδέματος (shotcrete, gunite)

o παθητικών ή προεντεταμένων αγκύριων βράχου,

o δοκών προπορείας (forepoling)

20

Η προσωρινή υποστήριξη της βραχόμαζας περιορίζει τις συγκλίσεις που εκτελούνται

στην περιβάλλουσα και αναλαμβάνει μέρος των ενεργών φορτίσεων. Ο χρόνος που

μπορεί η βραχόμαζα να στέκεται χωρίς να κατολισθαίνει και να συμβαίνουν

καταπτώσεις καλείται stand-up χρόνος και είναι ο διαθέσιμος χρόνος στον οποίο η

άμεση υποστήριξη πρέπει απαραίτητα να εφαρμοσθεί ώστε να αποφευχθούν οριακές

και επικίνδυνες καταστάσεις (βλ. Παράρτημα Β, σχήμα Β.5.3)

Στο τέλος του παραρτήματος Β, παρατίθενται βασικά τεχνικά και οικονομικά

στοιχεία της μεθόδου Ν.Α.Τ.Μ, προς ενίσχυση της πληροφόρησης του αναγνώστη

και για την πληρότητα της παρούσας ερευνητικής εργασίας.

Στο συγκεκριμένο παράρτημα Β.4 παρουσιάζονται τα παρακάτω :

o (Β.4.1) Πίνακας ταξινόμησης της βραχόμαζας των Σηράγγων που

κατασκευάζονται με ΝΑΤΜ. Σε κάθε στήλη παρουσιάζεται η διαβάθμιση των

κατηγοριών σε σχέση με την εμφάνιση υδάτων, τις ασυνέχειες (discontinuities),

την γεωμηχανική δομή της βραχόμαζας (geomechanical structure), την

αποσάθρωση (weathering) και την συμπιεστότητα. Ο συγκεκριμένος πίνακας

αποτελεί μία αναλυτική και συγκεντρωτική κατηγοριοποίηση της βραχόμαζας

που ερευνήθηκε από τους Pacher, Rabcewicz’s και Ayaydin και έχει ευρεία

χρήση κατά την κατηγοριοποίηση και την σύνταξη των φύλλων γεωλογικών

δεδομένων.

o (Β.4.2) Γράφημα με την κατανομή του κατασκευαστικού κόστους των σηράγγων

που έχουν κατασκευασθεί με την μέθοδο ΝΑΤΜ. Παρατηρείται ότι το 62% του

συνολικού κόστους κατασκευής αφορά την εκτέλεση της εκσκαφής και της

προσωρινής υποστήριξης, ενώ το υπόλοιπο 38% διαμοιράζεται στην τελική

επένδυση (17% ), τις Η/Μ εργασίες (14%), και τα έργα στις εισόδους-εξόδους

των σηράγγων (3%)

o (B.4.3, B.4.4) Δύο διαγράμματα όπου στον κάθετο άξονα εμφανίζεται το πώς

μεταβάλλεται το κόστος ανά κυβικό (ευρώ/κ.μ), για την εκτέλεση της εκσκαφής

και της προσωρινής υποστήριξης μιας συνήθης σήραγγας που κατασκευάσθηκε

με την μέθοδο ΝΑΤΜ, και στον οριζόντιο άξονα οι πραγματικές τιμές των

δεικτών βραχόμαζας (RMR) και των δεικτών γεωλογικής αντοχής (GSI).

Παρατηρείται ότι το κόστος μειώνεται κατακόρυφα όσο ανθεκτικότερη είναι η

βραχόμαζα και εκθετικές καμπύλες αποτυπώνουν την μέση τάση μείωσης του

κόστους σε σχέση με την αύξηση των δεικτών RMR & GSI.

21

2.5.1 Παρατηρητική μέθοδος

Καταπτώσεις, κατολισθήσεις και αστοχίες (όπως στο Heathrow Express το 1994) που

καταγράφηκαν τις πρώτες δεκαετίες χρήσης της μεθόδου ΝΑΤΜ, ανάγκασαν τον

τεχνικό κόσμο να αναπτύξει αντισταθμιστικά μέτρα περιορισμού των αστοχιών και

των ελέγχων μέσω της εγκαθίδρυσης της παρατηρητικής μεθόδου (observational

method) κατά την κατασκευή της σήραγγας.

Οι αρχές της παρατηρητικής μεθόδου εξετάζουν τα δεδομένα και τις γεωτεχνικές

παραμέτρους, που χρησιμοποιήθηκαν κατά τον σχεδιασμό και την σύνταξη μελέτης

και επαληθεύονται κατά την κατασκευή μέσω της συνεχούς παρακολούθησης και

καταγραφής. Η παρατηρητική μέθοδος είναι ο πρόγονος και ο θεμέλιος λίθος των

μετέπειτα εξελιγμένων συστημάτων γεωμηχανικής – δομητικής παρακολούθησης

Η παρατηρητική μέθοδος εισήχθη για πρώτη φορά από τον Karl Terzaghi στα τέλη

της δεκαετίας του 1940 και χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά στη μηχανική του

εδάφους. Στην συνέχεια περιγράφηκε από τον Ralph Β Peck (1969), από τον Herbert

H. Αϊνστάιν και παρουσιάστηκε από τον Κ Kovari και P. Lunardi στη Μελβούρνη της

Αυστραλίας (2000). Η παρατηρητική μέθοδος είναι πλέον πλήρως ενσωματωμένη

στην μέθοδο κατασκευής ΝΑΤΜ, μέσω της συστηματικής αξιολόγησης και

παρακολούθησης σε όλες τις φάσης κατασκευής και αποτελεί σημαντικό νομοθέτημα

του Ευρωκώδικα 7 (ΕΝ 1997-1). Η παρατηρητική μέθοδος περιλαμβάνει τις

παρακάτω σημαντικές λειτουργίες:

o συνεχής έρευνα επαλήθευσης των γεωτεχνικών παραμέτρων

o αξιολόγηση των πιθανότερων γεωλογικών συνθηκών,

o αναγνώριση τον πλέον δυσμενέστερων αποκλίσεων και αυτών που πρέπει να

παρακολουθούνται κατά την διάρκεια κατασκευής

Σε κάποιες περιπτώσεις έργων, η παρατηρητική μέθοδος δεν έχει τα επιθυμητά

αποτελέσματα, όπου και τελικώς δεν επιλέγεται να εφαρμοσθεί εφόσον

παρουσιάζονται αναλύσεις με κακή σχέση κόστους – οφέλους.

2.5.1.1 Ανάλυση SWOT

Για την εξακρίβωση των παραπάνω ερευνητές εξέτασαν το πότε και σε ποια έργα

υφίσταται οι ιδανικές συνθήκες για να εφαρμοσθεί η παρατηρητική μέθοδος. Μετά

από έρευνες (Korff et al) που εκτελέσθηκαν, εξετάσθηκαν μέσω ανάλυσης και

22

έρευνας SWOT (Strengths Weaknesses Opportunities Threats / Πλεονεκτήματα

Αδυναμίες Ευκαιρίες Απειλές), τα οφέλη εφαρμογής της παρατηρητικής μεθόδου σε

διάφορους τύπους έργων πολιτικού μηχανικού (φράγματα, υπόγειες κατασκευές,

θεμελιώσεων, δίκτυα υποδομών, σήραγγες εκσκαφής και επανεπίχωσης κ.α.).

Η ανάλυση SWOT είναι μια αποτελεσματική δομημένη μέθοδος σχεδιασμού που

ξεκίνησε να αναπτύσσεται το 1960 και χρησιμοποιείται για να αξιολογούνται τα

πλεονεκτήματα, οι αδυναμίες, οι ευκαιρίες και οι απειλές που παρουσιάζονται σε ένα

έργο ή ακόμα και για ένα τμήμα του. Περιλαμβάνει τον καθορισμό του στόχου του

έργου και τον εντοπισμό των εσωτερικών και εξωτερικών παραγόντων που ευνοούν ή

είναι δυσμενείς στην επίτευξη του στόχου αυτού. Στο παρακάτω σχήμα 2.6

παρουσιάζεται η δομή της ανάλυσης SWOΤ μέσω ενός απλού πίνακα, για το πως

εξετάζεται κάθε εξωγενής και εσωγενής παράγοντας που μπορεί να προσδώσει θετικά

γνωρίσματα (πλεονεκτήματα, ευκαιρίες) και αρνητικά (αδυναμίες, απειλές) για ένα

έργο ή κάποια λειτουργία έργου.

Πίνακας 2.6: Πίνακας 2Χ2 ανάλυσης SWOT

Η SWOT ανάλυση έργων υποδομής, κατέληξε ότι η παρατηρητική μέθοδος σε έργα

που κατασκευάζονται μέσω μηχανών ΤΒΜ, προτείνεται να εφαρμόζεται μόνο για τον

έλεγχο των καθιζήσεων και των μετακινήσεων και ότι δεν λειτουργεί σωστά για

άλλες εφαρμογές, όπως για τον στατικό έλεγχο της μελέτης της τελικής επένδυσης

κελύφους. Συγχρόνως η ίδια έρευνα κατέληξε ότι η παρατηρητική μέθοδος μπορεί να

εφαρμόζεται με ασφάλεια και να λειτουργεί σωστά κατά την εκτέλεση σηράγγων

μέσω ΝΑΤΜ, με την προϋπόθεση να υφίσταται αρχικά μια καλά δομημένη και

23

τεκμηριωμένη στατική μελέτη. Η ανάλυση SWOT (Korff et al) προτείνει την

εφαρμογή της παρατηρητικής μεθόδου σε έργα εφόσον:

o υφίσταται δίαυλος επικοινωνίας μεταξύ του έργου και του μελετητή

o υπάρχει προθυμία συνεργασίας των φορέων και των διαχειριστών

o οι χρονικοί περιορισμοί είναι ελαστική

Η παρατηρητική μέθοδος προτείνεται να εφαρμόζεται σε έργα:

o πολλών φάσεων ή / και σε έργα με διακεκριμένη και σταδιακή διαδικασία

κατασκευής

o με χαμηλό ρίσκο και συνήθης παρουσία κινδύνων

o που ο σχεδιασμός, η μελέτη και η κατασκευή πραγματοποιείται ολοκληρωτικά

από τον ίδιο υπεύθυνο φορέα ή κατασκευαστή

o με υψηλή παρουσία ετερογένεια εδάφους ή / και αβεβαιότητας στον μηχανισμό

αστοχίας

o όπου οι μετατοπίσεις αποτελούν πρωτεύον κρίσιμο χαρακτηριστικό κατά τον

σχεδιασμό και μελέτη και αναμένονται κατά την κατασκευή

o με σύντομη διάρκεια κατασκευής σε σχέση με την βραχυχρόνια συμπεριφορά του

εδάφους

o που κατασκευάζονται σε διαμορφωμένο περιβάλλον όπου υφίσταται τα

χαρακτηριστικά συχνής ανάληψης κινδύνων και διαχειριστικής ευελιξίας στην

λήψη αποφάσεων

o που οι επενδυτές και οι διαχειριστές εμφανίζονται διστακτικοί

ενώ αντίθετα δεν προτείνεται σε έργα:

o που ο χρόνος μεταξύ της μέτρησης και της εφαρμογής των μέτρων αντιστήριξης

είναι πολύ μικρός και έτσι δεν επιτρέπεται ο σχεδιασμός και η λήψη

ανακουφιστικών μέτρων

o που υπάρχει συχνή και γρήγορη εναλλαγή φορτίων (μεταβολές στάθμης υδάτων)

o που δεν είναι μετρήσιμος ο μηχανισμός και οι παράμετροι της αστοχίας

o που η μορφή του μηχανισμού αστοχίας μεταβάλλεται κατά την διάρκεια της

κατασκευής

o που οι μετρήσεις θα επεξεργασθούν και αξιολογηθούν μετά την αστοχία

24

o που το κόστος εκτέλεσης αλλαγών κατά την κατασκευή είναι μεγαλύτερο από το

κόστος οφέλους μείον του κόστους λειτουργιάς της παρατηρητικής μεθόδου.

Στην ίδια έρευνα συμπεριλαμβάνεται αναφορά ότι εκπονήθηκαν μελέτες και έρευνες

που υποστηρίζουν ότι η παρατηρητική μέθοδος δεν μπορεί να εφαρμοσθεί και να

λειτουργήσει σωστά ακόμα και για την εκτέλεση σηράγγων με την μέθοδο ΝΑΤΜ

(Muir Wood 1990, Kovari & Lunardi 2000). Ως συμπέρασμα των παραπάνω μπορεί

να αναφερθεί, ότι η παρατηρητική μέθοδος παρουσιάζει περιορισμένη χρηστικότητα

για τα υπόγεια έργα αστικών σηράγγων και ότι για τέτοιου είδους έργα είναι

επιβεβλημένη η χρήση εξελιγμένων συστημάτων γεωμηχανικής και δομητικής

παρακολούθησης που ορίζονται στην σε ισχύει νομοθεσία EC – 7.

2.6 Ευρωκώδικας 7

Ο Ευρωκώδικας 7 (ΕΝ 1997) είναι το ισχύον ευρωπαϊκό πρότυπο γεωτεχνικού

σχεδιασμού κατασκευών που εφαρμόζει την σχεδιαστική φιλοσοφία των οριακών

καταστάσεων. Αποτελείται από δύο μέρη, το ΕΝ 1997-1 «Γενικοί κανόνες» και το

ΕΝ 1997-2 «Γεωτεχνικές έρευνες και δοκιμές». Η συγκεκριμένη ευρωπαϊκή

προδιαγραφή έλαβε έγκριση από την Ευρωπαϊκή Επιτροπή Τυποποίησης (CEN) στις

12 Ιουνίου 2006. Όπως όλοι οι Ευρωκώδικες, ο EC7, έχει υποχρεωτική εφαρμογή σε

όλα τα κράτη μέλη της ευρωπαϊκής ένωσης από τον Μάρτιο του 2010. Ο EC-7 έχει

στόχο:

o να καθορίζει τις αρχές και τις απαιτήσεις ασφάλειας και λειτουργικότητας,

o να καθορίζει κατευθυντήριες γραμμές για τις σχετικές πτυχές της δομικής

αξιοπιστίας

o να ορίζει τα γεωτεχνικά θέματα του σχεδιασμού των κτιρίων και των έργων

πολιτικού μηχανικού

o να ασχολείται με τις απαιτήσεις αντοχής, σταθερότητας, λειτουργικότητας και

αντοχής των δομών.

Βάση της προδιαγραφής όλα τα έργα και οι γεωτεχνικές κατασκευές ταξινομούνται

και διακρίνονται σε τρείς κατηγορίες :

Κατηγορία 1: Απλές κατασκευές (κτίρια με 1-2 ορόφους), μικρά έργα αντιστηρίξεως

(ύψους έως 3 μ), μικρά ορύγματα (για τοποθέτηση σωληνώσεων ). Για τις

25

κατασκευές αυτές μπορούν να εφαρμοσθούν εμπειρικές μέθοδοι σχεδιασμού,

πρακτικώς χωρίς έρευνες και υπολογισμούς.

Κατηγορία 2: Τα περισσότερα συνήθη γεωτεχνικά έργα όπου και οι απαιτήσεις του

EC-7 αφορούν κυρίως αυτά τα έργα (ως προς τους συντελεστές ασφαλείας και τους

τρόπους ανάλυσης). Σε αυτά τα έργα επιθεώρηση, έλεγχος, ανάλυση και

παρακολούθηση, απαιτείται να εφαρμόζεται σε συγκεκριμένα σημεία του έργου.

Κατηγορία 3: Πολύ μεγάλες και ασυνήθεις κατασκευές, έργα με πολύ δυσμενείς

γεωτεχνικές συνθήκες, έργα με ασυνήθη επικινδυνότητα ή σπουδαιότητα, έργα με

υψηλή σεισμική επικινδυνότητα Οι απαιτήσεις των έργων αυτών υπερβαίνουν τις

απαιτήσεις του EC-7 και θα πρέπει να εκτελείται κατάλληλη γεωμηχανική –

δομητική παρακολούθηση, ανάλογα με το εμπλεκόμενο ρίσκο και την επικινδυνότητα

των κατασκευών. Όσο μεγαλύτερο το ρίσκο κατά την κατασκευή του έργου τόσο

μεγαλύτερης εμβέλειας ανάλυση θα πρέπει να εκτελεσθεί κατά την διάρκεια του

έργου αλλά και μετά.

Σε αυτή την 3η κατηγορία, ανήκουν οι περισσότερες συγκοινωνιακές σήραγγες

αστικών μετακινήσεων εφόσον εμπλέκονται ενέργειες με μεγάλο ρίσκο και υψηλής

επικινδυνότητας. Ο ευρωκώδικας κάνει εκτενή αναφορά στο πόσο σημαντική είναι η

εποπτεία (supervision) η παρακολούθηση (monitoring) και η συντήρηση

(maintenance) για τα έργα της κατηγορίας 3. Στο παρακάτω σχήμα 2.7

παρουσιάζεται αναλυτικά το διάγραμμα ροής και η σύνθεση των απαιτούμενων

ενεργειών κατά την εφαρμογή των οριζόμενων στην προδιαγραφή της EC-7. Οι

περιγραφόμενες ενέργειες που προδιαγράφονται είναι εδώ και χρόνια, σημαντικές

βαθμίδες που σε κάθε σύγχρονο εγκατεστημένο σύστημα Γ.Δ.Π εποπτεύονται και

παρακολουθούνται.

26

Σχήμα 2.7: Διάγραμμα ροής ενεργειών εποπτείας, παρακολούθησης και συντήρησης EC-7

(A. Bond, A.Harris 2008)

Ο EC-7 καθορίζει τα σημαντικότερα στοιχεία που θα πρέπει να επιθεωρούνται, να

εποπτεύονται και να παρακολουθούνται κατά την κατασκευή και είναι τα παρακάτω:

o πραγματικές εδαφικές συνθήκες με εκτέλεση άμεσου ελέγχου (κατά την

εκσκαφή) ή έμμεσου ελέγχου (κατά την κατασκευή φρεατο-πασσάλων ή

πασσαλοσανίδων)

o στάθμη υπογείων υδάτων (καθεστώς ροής, πίεση πόρων, δυνατότητα

αποτελεσματικού ελέγχου υπόγειων υδάτων μέσω μηχανικής αποστράγγισης,

dewatering, well points)

o μετακινήσεις, καθιζήσεις υπέργειων κατασκευών

o ευστάθεια πρανών και ανοιχτών εκσκαφών

o μέτρα προσωρινής υποστήριξης

o η επιρροή των έργων κατασκευής στα κοντινά κτίρια και τα δίκτυα (που

βρίσκονται εντός ζώνης επιρροής)

o μεταβολές εδαφικής πίεσης και ενεργής ώθησης σε έργα αντιστήριξης

27

Σχήμα 2.8: Διάγραμμα ροής ενεργειών παρακολούθησης EC-7 (A.Bond, A.Harris 2008)

Το παραπάνω σχήμα 2.8 παρουσιάζει το διάγραμμα ροής των ενεργειών

παρακολούθησης της επίδοσης και της λειτουργικότητας του έργου που κατά την

διάρκεια κατασκευής τηρεί ένα ολοκληρωμένο σύστημα γεωμηχανικής και δομητικής

παρακολούθησης..

28

29

Κεφάλαιο 3

Μηχανοποιημένη διάνοιξη σηράγγων

Δεδομένου ότι η διάνοιξη σηράγγων με μηχανές ΤΒΜ είναι γρηγορότερη και

ασφαλέστερη, οδήγησε τα τελευταία 50 χρόνια στην ραγδαία εξέλιξη του εξοπλισμού

και στην αύξηση των μεγεθών και της δύναμης των μηχανών. Οι μηχανές συνεχούς

ολομέτωπης διάνοιξης ΤΒΜ έχουν εξελιχθεί σε κινητά εργοτάξια γραμμών

παραγωγής βιομηχανοποιημένου τύπου. Οι μηχανές διακρίνονται και κατατάσσονται

σε διάφορους τύπους, ανάλογα με τα εδάφη και την βραχόμαζα που καλούνται να

διανοίξουν. Ένα σύγχρονο ΤΒΜ είναι πολλαπλάσια ταχύτερο σε σύγκριση με τις

κλασικές μεθόδους διάνοιξης αλλά συγχρόνως και περισσότερο ευαίσθητο στις

μεταβολές των λιθολογικών παραμέτρων, στις τεκτονικές διαταραχές αλλά και στην

πλοήγηση του. Για παράδειγμα στις σύγχρονες μηχανές ΤΒΜ υφίστανται δεσμεύσεις

κατά τον σχεδιασμό της χάραξης διαδρομής του. Ένα σύγχρονο ΤΒΜ μπορεί να

πλοηγηθεί σε μέγιστη ανηφοριά και κατηφοριά με κλίσεις που φτάνουν το 20%-25%

(15◦ μοίρες). Αντίστοιχα η καμπύλη ακτίνας κατά την χάραξη στροφών στην πορεία

της μηχανής θα πρέπει να έχει τιμές μεγαλύτερες των 300μ. Οι κατασκευαστές έχουν

σκοπό να δημιουργούν μηχανές ΤΒΜ που λειτουργούν με/σε:

o σταθερό και συνεχές ρυθμό προχώρησης ακόμα και σε ετερογενή ή

προβληματικά εδάφη με μεγάλες εναλλαγές στον τύπο των εδαφών που

εξορύσσονται.

30

o αυξημένο ρυθμό προχώρησης για μείωση του χρόνου κατασκευής και δυνατότητα

διαχείρισης μεγάλων ποσοτήτων εδαφικού υλικού εκσκαφών

o ασφαλές εργασιακό περιβάλλον με εξασφάλιση της υποστήριξης του μετώπου,

τον καλό αερισμό και φωτισμό αλλά και τα χαμηλά επίπεδα θορύβου και

ρύπανσης

Εάν μία μηχανή ΤΒΜ δεν έχει την ικανότητα να λειτουργεί ικανοποιητικά και

συνεχώς, υπό συνθήκες μεταβαλλόμενης ποιότητας εδάφους ή βραχόμαζας, οι

πιθανότητες δημιουργίας σοβαρών καθυστερήσεων αυξάνονται και η οικονομική

επιτυχία του έργου πλήττεται ανεπανόρθωτα.

Τα συνηθέστερα γεωλογικά προβλήματα που προκαλούν καθυστερήσεις και διακοπές

στην λειτουργία ενός μηχανήματος ΤΒΜ είναι τα αργιλικά κολλώδη εδάφη, τα

παραμορφώσιμα εδάφη, τα ρευστοποιημένα ρέοντα εδάφη, τα ρηγματωμένα

κατακερματισμένα στρώματα και η υπερβολική παρουσία νερού.

Είναι φυσικό λοιπόν η απόφαση που αφορά την επιλογή του τύπου του ΤΒΜ να είναι

πολλή κρίσιμη και να αποτελεί ορόσημο σε ένα υπόγειο έργο. Το επιλεγόμενο

μηχάνημα ΤΒΜ θα πρέπει :

o να μπορεί να ανταπεξέλθει επιτυχώς σε απρόσμενες και μη αναμενόμενες

εδαφικές συνθήκες που πιθανών να συναντηθούν κατά την διάνοιξη.

o να έχει κόστος επένδυσης, τέτοιο ώστε να είναι δυνατή η απόσβεση στο ένα και

μοναδικό έργο για το οποίο έχει επιλεχθεί να λειτουργεί.

o να έχει σύντομο χρόνο κατασκευής, μεταφοράς και συναρμολόγησης έτσι ώστε

να λειτουργήσει στον προβλεπόμενο χρόνο που έχει καθοριστεί.

3.1 Είδη μηχανών διάνοιξης

Το κεφάλαιο αυτό πραγματεύεται κατά βάση τις μηχανές ΤΒΜ τύπου

Εξισορρόπησης Εδαφικής Πίεσης (Earth Pressure Balance) και Πολφού Αιωρήματος

Ασπίδας (Slurry Shield), που επιλέγονται συνηθέστερα διεθνώς για την διάνοιξη

αστικών σηράγγων. Παρουσιάζονται αναλυτικά οι διαφορετικές κατηγορίες των

παραπάνω μηχανών, οι ιδιαιτερότητες των συστημάτων και τα σημαντικότερα

τεχνικά χαρακτηριστικά tους. Στην εικόνα 3.1 παρουσιάζεται ένα μηχάνημα τύπου

εξισορρόπησης εδαφικής πίεσης (EPB) γερμανικής κατασκευής (Herrenknecht) όπου

και αριθμούνται τα σημαντικότερα μέρη του εξοπλισμού του μηχανήματος:

1. κεφαλή κοπής (Cutting Wheel)

31

2. θάλαμος εκσκαφής (Excavation chamber)

3. διάφραγμα (Bulkhead)

4. μπράτσα ανάμιξης (Mixing Arms)

5. ατέρμον κοχλίας μεταφοράς (Screw Conveyor)

6. μηχανισμός τοποθέτησης τελικής επένδυσης κελύφους (Erector)

7. ουραίο τμήμα ασπίδας (Tailskin)

8. επανεπίχωση (Backfilling)

9. δακτύλιοι επένδυσης σήραγγας (Tunnel Lining)

Εικόνα 3.1: Τρισδιάστατη τομή απεικόνισης τμημάτων μηχανής ΤΒΜ τύπου EPB (Herrenknecht)

Επιγραμματικά, οι τύποι μηχανών συνεχούς διάνοιξης σηράγγων κατηγοριοποιούνται

σε:

o κλειστού ή ανοικτού τύπου, δηλαδή με ή χωρίς κυλινδρική ασπίδα περιφερειακής

υποστήριξης του εδάφους.

o χωρίς ασπίδα μετώπου (για καλής ποιότητας πέτρωμα) ή με μονή ή με διπλή

ασπίδα, (για μέτριας ή/και κακής ποιότητας πετρώματα). Τα μηχανήματα μονής

ασπίδας είναι περιοριστικά, γιατί η εκσκαφή σταματά κάθε φορά που

τοποθετείται το κυλινδρικό δαχτυλίδι προκατασκευασμένων στοιχείων εφόσον η

προώθηση λειτουργεί με διακοπές, Αντίθετα τα διπλής ασπίδας λύνουν το

πρόβλημα και λειτουργούν συνεχώς χωρίς διακοπές κατά την τοποθέτηση των

προκατασκευασμένων στοιχείων αλλά και μπορούν αν λειτουργούν κάτω από τον

υδροφόρο ορίζοντα

o εξισορρόπησης εδαφικής πιέσεως (EΡB) για ετερογενή μαλακά και για μερικώς

αδιαπέρατα εδάφη.

32

o τύπου κλειστού μετώπου με την χρήση υποστήριξης του εδάφους, με τη βοήθεια

πολφού ιλύος (muck), που δημιουργείται από το εκσκαπτόμενο πέτρωμα σε

ανάμιξη με διάφορα μπετονιτικά διαλύματα, πολυμερή (polymers) ή αφρούς

(foam).

o Μόνιμης μικτής ή μετατρεπόμενης μικτής λειτουργίας ασπίδας (συνδυασμός EPB

& SS) για μεγαλύτερη ευελιξία σε ετερογενές υπέδαφος (εναλλαγές μαλακού

εδάφους ή/και με αποσαρθρωμένο βράχο ή/και με παρουσία υδάτων)

Ο τεχνολογικός εξοπλισμός των σύγχρονων μηχανών ΤΒΜ περιλαμβάνει κατά

ελάχιστο τον συνδυασμό των παρακάτω συστημάτων:

o περιστροφής κεφαλής (ή ομόκεντρων κεφαλών)

o κοπτικών μέσων κεφαλής, δίσκων, σιαγόνων σύνθλιψης και εκχωμάτωσης

o ώθησης και στήριξης της εκσκαφής

o υπερβαρικού θαλάμου αέρα (pressure control chamber)

o κοπτικών υπερεκσκαφής διάκενου (για προσαρμογή της διατομής, καλύτερη

πλοήγηση και αποφυγή «σφηνώματος»)

o ουραίου τμήματος επανεπίχωσης διακένου (tail grouting)

o παρακολούθησης λειτουργίας ΤΒΜ (monitoring)

o παροχών ηλεκτροδότησης, νερού, αέρα, πρόσθετων υγρών

o πλοήγησης και οδήγησης (navigation)

o τοποθέτησης στοιχείων κελύφους τελικής επένδυσης

o υποστήριξης και εφοδιασμού (αποκομιδής προϊόντων εκσκαφής, βαγόνια

μεταφοράς προσωπικού, βαγόνια μεταφοράς στοιχείων κελύφους, εξαερισμός,

ταινίες μεταφοράς)

Οι μηχανές ΤΒΜ ταξινομούνται σε κατηγορίες ανάλογα με:

την μέθοδο εκσκαφής του μετώπου

o ολομέτωπης κοπής

o μερικής κοπής

το είδος κεφαλής εκσκαφής

o περιστρεφόμενη

o μη περιστρεφόμενη

o σημειακή

33

την μέθοδο στήριξης μετώπου

o κλειστή λειτουργία (με πεπιεσμένο αέρα, με πολφό αιωρήματος, με

εξισορρόπηση εδαφικής πίεσης)

o ανοικτή λειτουργία με μόνο μηχανική υποστήριξη ( χωρίς συστήματα

εφαρμογής πίεσης)

την μέθοδο προώθησης

o πέδιλα στήριξης με σιαγώνες (grippers)

o προκατασκευασμένα στοιχεία (segments)

Για την πληρότητα της έρευνας στον παρακάτω πίνακα 3.2, παρουσιάζεται

διάγραμμα πλήρης καταγραφής δεκαεπτά (17) διαφορετικών μηχανών διάνοιξης

σύμφωνα με τις Γερμανικές, Ελβετικές και Αυστριακές προδιαγραφές, που

παρουσίασε το 2008 η ομάδα εργασίας «Μηχανική διάτρηση σηράγγων» της ΕΕΣΥΕ.

Οι μηχανές σε αυτό τα διάγραμμα ομαδοποιούνται ανάλογα τα χαρακτηριστικά τους

και ταξινομούνται σε δύο βασικές κατηγορίες, τις μηχανές ασπίδας SM (Shield

Machines) που είναι κατάλληλες για μαλακά εδάφη και τις μηχανές TBM που

λειτουργούν σε μαλακά εδάφη ή/και σε βράχο.

Στο συγκεκριμένο διάγραμμα με κίτρινο χρώμα εμφανίζονται επτά (7) μηχανές ΤΒΜ

που ταξινομούνται ως κατάλληλα για χρήση σε μαλακό έδαφος με εμφάνιση

αποσαθρωμένου βράχου, τα οποία αποτελούν τις καταλληλότερες λύσεις για την

εκσκαφή σηράγγων εντός αστικής περιοχής.

34

Πίνακας 3.2: Ταξινόμηση μηχανών διάνοιξης σηράγγων κατά DAUB, OGG, FGSV, SIA

(ΕΕΣΥΕ Ομάδα εργασίας Μηχανικής Διάτρησης Σηράγγων 2008)

35

3.2 Διαδικασία επιλογής μηχανών ΤΒΜ

Η διαδικασία επιλογής του κατάλληλου μηχανήματος για κάθε έργο αποτελεί μία

μονοσήμαντη μελέτη εφαρμογής που θα πρέπει να εκτελεσθεί παράλληλα με τον

σχεδιασμό του έργου. Συνοπτικά παρακάτω παρουσιάζονται οι παράγοντες και τα

κριτήρια, που πρέπει να εξετάζονται στο πλαίσιο εκτέλεσης της εξειδικευμένης

μελέτης εφαρμογής, κατά την περίοδο της διερεύνησης και του σχεδιασμού του

υπόγειου έργου, που θα καθορίσουν καταλυτικά την επιλογή του τύπου του

μηχανήματος ΤΒΜ και του απαραίτητου εξοπλισμού του:

o γεωλογική-γεωτεχνική μελέτη

o η αντοχή και η ποιότητα της βραχόμαζας (ρωγμές, ρήγματα)

o η ενεργή ώθηση στο μέτωπο, η γωνία εσωτερικής τριβής

o η συνεκτικότητα και η συνοχή των εδαφών (μαλακή, πολτώδης κ.α.)

o η υδραυλική πίεση μετώπου

o το κυμαινόμενο βάθος υπερκειμένων (με ελάχιστο D έως 1.5xD)

o οι επιτρεπτές μετακινήσεις καθιζήσεις επιφάνειας

o η ύπαρξη και μεταβλητότητα υπόγειων υδάτων (διαπερατότητα εδάφους)

Στο διάγραμμα ροής της διαδικασίας επιλογής μηχανής ΤΒΜ, που παρουσιάζεται στο

σχήμα 3.3, κατηγοριοποιούνται όλοι οι κρίσιμοι παράμετροι που κρίνονται και

μελετούνται σε δύο ξεχωριστές περιόδους, στην πρώτη η περίοδος διερεύνησης του

έργου και ως δεύτερη η περίοδος της μελέτης.

Στην περίοδο διερεύνησης εκτελείται συνδυαστικά η εξέταση και η έρευνα

σημαντικών στοιχείων μελέτης (χάραξη, υπερκείμενο, μήκος κ.α.), το προφίλ της

πόλης (κινητά φορτία, αρχαιολογικά ευρήματα κ.α.), το υπέδαφος (γεωτεχνική

έρευνα) και τυχόν αναπόφευκτα εμπόδια (καθιζήσεις, μετακινήσεις, ευπαθής

κατασκευές, δίκτυα ΟΚΩ, ιστορικά μνημεία και κτίρια κ.α.).

Στην περίοδο μελέτης εκτελούνται μελέτες ανάλυσης κόστους-οφέλους, κόστους

απόσβεσης και μελέτες προστασίας περιβάλλοντος, για το προς επιλογή μηχάνημα,

με βάση πάντα τα τρία βασικά κριτήρια: ασφάλεια, κόστος και χρόνο.

36

Σχήμα 3.3: Τοξωτό Διάγραμμα ροής ενεργειών διαδικασίας επιλογής του τύπου Τ.Β.Μ (ΕΕΣΥΕ,

Ομάδα εργασίας «Μηχανική Διάτρηση Σηράγγων» 2008)

3.2.1 Γεωτεχνική έρευνα

Η κύρια γεωτεχνική έρευνα υπεδάφους πρέπει να εκτελείται πάντα σε αρμόζουσα

αναλογία επί του συνολικού προϋπολογισμού ενός έργου αλλά και να έχει διακριτά

ορισθεί στο χρονοδιάγραμμα. Διεθνώς αυτή η αναλογία του κόστους εκτέλεσης της

γεωτεχνικής έρευνας είναι συνήθως πάνω από 2,5% έτσι ώστε να επιτυγχάνεται η

βέλτιστη επίτευξη των στόχων της έρευνας αλλά και η μείωση του συνολικού

37

κόστους του προϋπολογισμού. Αντίθετα στην Ελλάδα δεν συνηθίζεται να δίνεται η

απαιτούμενη προσοχή και επιμέλεια στο τομέα οργάνωσης επιμελών

προκαταρκτικών και συμπληρωματικών γεωτεχνικών ερευνών. Το σύνηθες κόστος

των ερευνών υπεδάφους για μεγάλο φάσμα διεθνών τεχνικών έργων κυμαίνεται από

0.05% έως 2.50% επί του συνολικού προϋπολογισμού ενός έργου. Συγκεκριμένα σε

έργα κτιριακά, οδοποιίας και φραγμάτων τα συνήθη μέγιστα ποσοστά κόστους

έρευνας σε αναλογία επί του συνολικού προϋπολογισμού είναι αντίστοιχα, 0.05%,

1.50% και 2.50%. Τα δεδομένα αυτά έχουν προκύψει μετά από έρευνα που

δημοσιοποιήθηκε από την Γενική Γραμματεία Υποδομών του Υπουργείου

Οικονομίας, Υποδομών Ναυτιλίας και Τουρισμού (Γ. Βλαβιανός). Παρατηρήθηκε

από αυτή την έρευνα ότι στα έργα της Εγνατίας Οδού το συνολικό κόστος που

δαπανήθηκε για όλες τις γεωτεχνικές έρευνες είναι περίπου 35 εκ. και κυμαίνεται

ανάμεσα στο 1.00% με 1.50% επί του συνολικού προϋπολογισμού των έργων της

Εγνατίας οδού που έφτασε περίπου τα 3 δις ευρώ. Το ποσοστό (1%-1.5%)

υπολείπεται κατά πολύ των διεθνών προτύπων που ορίζουν ως απαιτητό και

αποδεκτό το 2.50% με 3.00%.

Η αντίστοιχη εξειδικευμένη γεωτεχνική έρευνα για την επιλογή του ΤΒΜ, που

ορίζεται προς εκτέλεση πρέπει να εξετάζει τα κατάλληλα επιπρόσθετα στοιχεία του

υπεδάφους που εξασφαλίζουν την ορθή επιλογή του τύπου μηχανήματος ΤΒΜ και να

εγγυάται καθεστώς ασφάλειας κατά την λειτουργία του έργου. Στο συγκεκριμένο

κεφάλαιο, παρουσιάζονται στοιχεία και πίνακες των σημαντικότερων γεωτεχνικών

και γεωλογικών δεικτών ποιότητας και αντοχής εδαφών και βραχόμαζας που

κρίνονται σε ένα έργο ΤΒΜ, όπως ο δείκτης βραχόμαζας RMR, ο δείκτης

γεωλογικής αντοχής GSI, η μονοαξονική αντοχή πίεσης βράχου σc, ο συντελεστής

διαπερατότητας k. Αυτοί οι δείκτες έχουν στόχο να κατατάσσουν την βραχόμαζα και

το υπέδαφος σε κατηγορίες, έτσι ώστε να είναι εύκολη η ποιοτική διάκριση κατά την

εκτέλεση της γεωτεχνικής έρευνας.

38

RMR Χαρακτηρισμός Ποιότητας Κλάση

0 - 20 Πολύ φτωχή V

21 - 40 Φτωχή ΙV

41 - 60 Μέτρια III

61 - 80 Καλή II

81 - 100 Πολύ καλή I Πίνακας 3.4: Κατηγοριοποίηση βραχόμαζας RMR κατά Bieniawski

Ο δείκτης RMR ταξινόμησης βραχόμαζας, εισήχθη το 1972 από τον Bieniawski ως

κριτήριο για να περιγραφεί η ποιότητα του υπεδάφους, όπως παρουσιάζεται στους

πίνακες 3.4 και 3.5.

Κατηγορία Χαρακτηρισμός Εδάφους Τιμές RMR

Α1 Σταθερό - Stable 80-100

Α2 Μερική Βραχόπτωση

Liable to rockfall 60-80

Β1 Εύθραυστο - Brittle 50-60

Β2 Πολύ εύθραυστο - Very

brittle 40-50

Β3 Μη συνεκτικό - Non

cohesive 20-40

C Squeezing rock <20

Πίνακας 3.5: Κατηγοριοποίηση βραχόμαζας RMR – ÖNORM-B2203/1994

(B. Maidl, DAUB, 2014)

Το εμπειρικό κριτήριο RMR επανεκτιμήθηκε και επεκτάθηκε τα τελευταία χρόνια και

λόγω των περιορισμών, τόσο στον τρόπο ταξινόμησης αλλά και στις διάφορες

εξισώσεις που χρησιμοποιούνται ως κριτήριο για τον πολύ κακής ποιότητας βράχο,

προτάθηκε από τους Hoek & Brown το 1997 ένα νέο σύστημα ταξινόμησης

βραχόμαζας που ονομάζεται Γεωλογικός Δείκτης Αντοχής (GSI). Παρακάτω

παρουσιάζεται με τον πίνακα 3.6, η ταξινόμηση της βραχόμαζας σε 5 κατηγορίες,

συσχετίζοντας τις τιμές GSI με τις τιμές RMR, για κάθε κατηγορία βραχόμαζας.

39

Πίνακας 3.6: Κατάταξη βραχόμαζας κατά RMR & GSI (C. Paraskevopoulos, A.Benardos)

Στον παρακάτω πίνακα 3.7 παρουσιάζεται μία σημαντική παράμετρος που αφορά την

κατηγοριοποίηση και τον χαρακτηρισμό του εδάφους σε σχέση με την μονοαξονική

αντοχή και επηρεάζει καθοριστικά την σχεδίαση / επιλογή τύπου κοπτικής κεφαλής,

την απόδοση του μηχανήματος, το κόστος λειτουργίας. Αυτή η παράμετρος επηρεάζει

και κρίνει επιλογές που αφορούν τον τύπο κοπτικών εργαλείων, τον αριθμό κοπτικών

δίσκων, τα διάκενα ροής, την διατομή κεφαλής μετώπου, το πάχος μεταλλικής

πλάκας, τις σιαγώνες σύνθλιψης, τις σιαγώνες εκχωμάτωσης κ.α.

Πίνακας 3.7: Κατηγοριοποίηση με βάση την Μονοαξονική αντοχή βράχου σc (I.S.R.M 1981)

Με δεδομένο ότι ένα μηχάνημα μπορεί να εργάζεται συνεχώς για μέρες χωρίς

διακοπή και ότι η συνήθης ταχύτητα περιστροφής μιας κεφαλής ενός ΤΒΜ φτάνει τις

1,5 έως 2 στροφές ανά λεπτό, πραγματοποιούνται περίπου 2.500 στροφές την ημέρα

και κάθε δίσκος κοπής μπορεί να διανύει έως και 150 χλμ την ημέρα. Έτσι όσο

μεγαλύτερος ο συντελεστής σc τόσο:

o μεγαλύτερη η φθορά,

o συχνότερη η απαραίτητη συντήρηση - αντικατάσταση των κοπτικών δίσκων

o μεγαλύτερος ο νεκρός χρόνος που δεν θα εκτελεί διάνοιξη το μηχάνημα ΤΒΜ

o μεγαλύτερο το κόστος των αναλώσιμων ανταλλακτικών της κεφαλής.

40

Ένας ακόμη δείκτης που επηρεάζει καταλυτικά το είδος επιλογής του μηχανήματος

αλλά και την απόδοση του κατά την λειτουργία διάνοιξης είναι ο συντελεστής

διαπερατότητα εδάφους που παρουσιάζεται στον παρακάτω πίνακα 3.8. Ο

συντελεστής διαπερατότητας θεωρείται ο κατεξοχήν δείκτης κριτής, που θα

καθορίσει εάν θα επιλεχθεί μηχάνημα τύπου EPB ή SS ή μικτής κεφαλής. Συνήθως

για διαπερατότητες χαμηλές έως μεσαίες (10-7

m/sec έως 10-3

m/sec), σε εδάφη με

κροκάλες – λατύπες, χάλικες και άμμος επιλέγεται μηχάνημα τύπου μπετονιτικού

πολφού (Slurry Shield), ενώ για αδιαπέραστες διαπερατότητες ή πολύ χαμηλές έως

μεσαίες (10-9

m/sec έως 10-6

m/sec) επιλέγεται μηχάνημα τύπου EPB.

Επίσης όσο μεγαλύτερη η διαπερατότητα των εδαφών, τόσο καλύτερος ο έλεγχος

εισροής τυχόν υπογείων υδάτων εντός της σήραγγας ή του μετώπου.

Πίνακας 3.8: Ταξινόμηση διαπερατότητας (Terzaghi - Peck)

Για μαλακά αργιλικά εδάφη, συνηθίζεται να εξετάζονται τα παρακάτω γεωτεχνικά

δεδομένα κατά την επιλογή του ΤΒΜ και αυτά είναι η υγρή πυκνότητα, η συνοχή, η

εσωτερική τριβή, η διατμητική αστράγγιστη αντοχή, τα όρια Attemberg

(πλαστικότητας, υδαρότητας), ο συντελεστής ελαστικότητας και ο συντελεστής

ωθήσεων γαιών σε ηρεμία. Εφόσον το υπέδαφος περιέχει και σκληρό βράχο τότε

απαιτούνται να εκτελούνται οι δοκιμές προσδιορισμού του εφελκυσμού κατά

γενέτειρα (Brazilian Test) και των δεικτών αποξεσιμότητας, δοκιμές φθοροποιότητας

LCPC (Abrasivity test), ποιότητας βραχόμαζας RQD, ρυθμού διάτρησης DRI,

ρυθμού φθοράς κοπτικών (BWI) κ.α.

Στο παράρτημα Β.5, τα σχήματα Β.5.1 και Β.5.2, παρουσιάζουν για τον «Σταθμό

Ελληνικού» αντίστοιχα, το Φύλλο «Γεωλογικών Δεδομένων Χαρτογράφησης» και το

Φύλλο «GSI κατάταξης». Παρατηρείται η εκτενής αναφορά και διάκριση

βραχόμαζας μέσω των παραπάνω παραμέτρων, όπως με τον δείκτη GSI, τον

41

συντελεστή διαπερατότητας, την μονοαξονική αντοχή κ.α. Τα συγκεκριμένα

πραγματικά γεωλογικά δεδομένα επιβεβαιώθηκαν και καταγράφηκαν κατά την

εκσκαφή του φρεατίου του σταθμού επιβίβασης αλλά και μέσω της διάνοιξης ΝΑΤΜ

πριν την εφαρμογή των προσωρινών μέτρων αντιστήριξης.

Η διαδικασία ελέγχου των ανοικτών μετώπων και η συμπλήρωση των συγκεκριμένων

φύλλων, αποτελεί μέρος του συστήματος ΓΔΠ που εφαρμόζετε στα έργα της Αττικό

Μετρό. Με αυτό τον τρόπο δίνεται η δυνατότητα στον κατασκευαστή να προβεί σε

επανέλεγχο της γεωλογίας της περιοχής, των παραμέτρων της μελέτης (back analysis)

και να επανεξετασθεί / επιβεβαιωθεί η ορθότητα της γεωτεχνικής έρευνας, η οποία

εκτελείται πολύ πριν ξεκινήσει την κατασκευή του έργου, από άλλο φορέα.

Τέλος εκτός της γεωλογικής μελέτης και της έκθεσης γεωτεχνικής αξιολόγησης που

εκτελούνται για την επιλογή του τύπου μηχανήματος, σημαντικό ρόλο αποτελεί ο

προσδιορισμός και ο υπολογισμός:

o της απαιτούμενης δύναμης ώθησης και της ροπής κοπτικής κεφαλής για την

αποτελεσματική προώθηση του μηχανήματος. Έτσι θα καθορισθεί πόσοι

κύλινδροι (έμβολα) απαιτούνται για την διάνοιξη και την εφαρμογή της

κατάλληλης ώθησης.

o της απαιτούμενης πίεσης μετώπου σε όλες τις φάσεις λειτουργίας του

μηχανήματος (συντήρησης, σταματήματος και κανονικής λειτουργίας) του ΤΒΜ.

Η πίεση μετώπου εφαρμόζεται στο χώρο του θαλάμου της κοπτικής κεφαλής για

την υποστήριξη του μετώπου, τον περιορισμό των μετακινήσεων και τον έλεγχο

των υδάτων εισροής στο μέτωπο.

3.2.2 Στοιχεία σηράγγων με ΤΒΜ

Με την βοήθεια των πραγματικών κατασκευαστικών δεδομένων που έχουν συλλεχθεί

γίνεται προσπάθεια να προβληθεί η κρισιμότητα των παραπάνω γεωτεχνικών

χαρακτηριστικών αλλά και η επιρροή των χαρακτηριστικών του ΤΒΜ στον ρυθμό

προχώρησης του μηχανήματος. Τα στοιχεία που αναλύονται αποτελούν χρήσιμα

εργαλεία στην διαδικασία επιλογής τύπου ΤΒΜ και κατά τον γενικότερο σχεδιασμό

του υπόγειου έργου.

42

Στον παρακάτω πίνακα 3.9, αποτυπώνονται πραγματικά κατασκευαστικά στοιχεία

του μέσου ρυθμού προχώρησης / ημέρα, που καταγράφηκαν σε διαφορετικής

κατηγορίας βραχόμαζα (κατά Bieniawski), για τέσσερα (4) διαφορετικά μηχανήματα

ΤΒΜ διαμέτρου περίπου ≈ 4,2μ, που χρησιμοποιήθηκαν στην μηχανοποιημένη

διάνοιξη της σήραγγας στο έργο του Ευήνου – Μόρνου κατά την περίοδο 1992-2002.

Παρατηρείται η αισθητή επιρροή στους ημερήσιους ρυθμούς προχώρησης όσο

μεταβάλλεται η ποιότητα του εδάφους.

Πίνακας 3.9: Μέσος ημερήσιος ρυθμός διάνοιξης προχώρησης μηχανών TBM (Ι.Bakogiannis)

Από τα δεδομένα του παραπάνω πίνακα 3.9 και για κάθε μία από τις πέντε κλάσης,

υπολογίσθηκε ο μέσος όρος του ημερήσιου ρυθμού προχώρησης ανά κλάση και τα

αποτελέσματα εισήχθησαν στον πίνακα 3.10 που ακολουθεί και αποτυπώθηκαν με

την βοήθεια διαγράμματος στο σχήμα 3.11 για την καλύτερη επεξεργασία και έρευνα.

Κλάση Μέσος όρος ημερήσιου

ρυθμού προχώρησης RMR

Class II 30,65 80

Class III 28,85 60

Class IV 23,55 40

Class V 21,45 25

Unclassified 12,06 10

Πίνακας 3.10: Μέσος όρος ημερήσιου ρυθμού διάνοιξης προχώρησης μηχανών TBM ανά

ποιότητα βραχόμαζας (Ι.Bakogiannis)

Παρατηρείται λογαριθμική τάση κατακόρυφης αύξησης του μέσου ημερήσιου

ρυθμού προχώρησης, που κατέγραψαν τα 4 μηχανήματα ΤΒΜ, όσο καλυτέρευαν οι

γεωλογικές συνθήκες και η ποιότητα της βραχόμαζας.

43

Σχήμα 3.11: Γράφημα συνάρτησης του μέσου όρου του ημερήσιου ρυθμού προχώρησης 4

μηχανών ΤΒΜ διαμέτρου ≈ 4μ, ανά κλάση βραχόμαζας κατά Bieniawski

Στο παρακάτω διάγραμμα του σχήματος 3.12, αποτυπώνονται πραγματικά

καταγεγραμμένα στοιχεία κόστους δεκαοχτώ (18) διεθνών έργων ανά διανοιγόμενο

μήκος σήραγγας ($/μίλι) σε συνάρτηση με την διάμετρο του μηχανήματος ΤΒΜ που

χρησιμοποιήθηκε. Το διάγραμμα παράγει ενδιαφέροντα συμπεράσματα στον

προσδιορισμό τιμών κόστους κατασκευής για την διάνοιξη σήραγγας μέσω μηχανής

ΤΒΜ ανάλογα με την επιθυμητή διάμετρο.

Σχήμα 3.12: Διάμετροι μηχανών TBM σε σχέση με το κόστος σε $ ανά διανοιγμένο

μίλι (Cascadia, Arup North America Ltd, 2008)

44

Παρατηρείται ότι το κόστος μεταβάλλεται αισθητά από το ένα έργο στο άλλο, αλλά

δεν αποτυπώνεται συγκεκριμένη γραμμή τάσης. Οι λόγοι που παρουσιάζεται τέτοιου

είδους διασπορά στα στοιχεία είναι πιθανών η διαφορά στο χρόνο έναρξης και

κατασκευής του έργου, στο διαφορετικό εργατικό κόστος του ημερομίσθιου ανά

χώρα, στα καθορισμένα όρια συναγερμού μετακινήσεων, στις μεταβαλλόμενες

ισοτιμίες συναλλάγματος κ.α.

Ωστόσο το παραπάνω σχήμα μπορεί να βοηθήσει σημαντικά στην οριοθέτηση

κάποιων μέγιστων και ελάχιστων ορίων ως προς την επιλογή διαμέτρου και κόστους

κατασκευής για την διάνοιξη και φυσικά να συντελέσει επικουρικά στην

προκοστολόγηση του προϋπολογισμό για την εκτέλεση του προγράμματος

γεωμηχανικής και δομητικής παρακολούθησης, εφόσον η διάμετρος του ΤΒΜ

επηρεάζει καταλυτικά το σύνολο του έργου.

Τέτοιου είδους διαγράμματα αποτελούν πεδίο περαιτέρω έρευνας με κύριο στόχο να

παραχθούν πρακτικά παραμετροποιημένα πρωτογενή εργαλεία βοήθειας, στην λήψη

αποφάσεων για τον μηχανικό, τον μελετητή και τον κύριο του έργου, εφόσον θα

εξετάζονται πραγματικά αξιόπιστα δεδομένα από κατασκευασμένα διεθνή έργα σε

παγκόσμια κλίμακα. Με την βοήθεια των παραπάνω πινάκων και σχημάτων δίνεται η

δυνατότητα στους σχεδιαστές και διαχειριστές του έργου, να αναλογισθούν τα οφέλη

και να λάβουν κρίσιμες αποφάσεις κατά την επιλογή του τύπου μηχανής ΤΒΜ

ταξινομώντας το έργο τους ως προς τον προβλεπόμενο ρυθμό προχώρησης ή ως προς

το προβλεπόμενο κόστος ανά διανοιγόμενο μήκος εκσκαφής.

Επίσης για την πληρότητα της έρευνας στο παράρτημα Β παρουσιάζονται τα σχήματα

Β.5.3, Β.5.4 και Β.5.6.:

Στο σχήμα Β.5.3 απεικονίζεται η παραμόρφωση απώλειας εδάφους και η ωοειδής

παραμόρφωση μίας ανυποστήρικτης κυκλικής διατομής σήραγγας (Verruijt &

Booker JR 1996).

Στο σχήμα Β.5.4, παρουσιάζεται το διάγραμμα του «Stand up» χρόνου

ανυποστήρικτης σήραγγας σε αναλογία με το μέγεθος εκσκαφής του μετώπου, σε

συνάρτηση με το δείκτη RMR, για τις κλάσης Ι έως V του Bieniawski.

Παρατηρούμε ότι όσο καλύτερη η ποιότητα βραχόμαζας και όσο μικρότερη η

εκσκαφή μετώπου, τόσο μεγαλύτερος ο χρόνος ευστάθειας μιας ανυποστήρικτης

45

σήραγγας. Για παράδειγμα μία σήραγγα με κλάση Ι δύναται να παρουσιάζει

ευστάθεια για χρόνια χωρίς καμία απαίτηση άμεσης ή έμμεσης υποστήριξης.

Στο σχήμα Β.5.6 παρουσιάζονται δύο διαγράμματα που απεικονίζουν την

αρνητική επιρροή της εισροής των υδάτων στον ρυθμό εκσκαφής σηράγγων για

δύο διαφορετικές κατηγορίες βραχόμαζας C2 και B1 (B. Maidl, M. Thewes, U.

Maidl)

3.3 Μηχανές EPB και Slurry Shield

Κατά την διάνοιξη των αστικών σηράγγων, το υπέδαφος δεν παρουσιάζει σταθερά

ομοιογενή γεωτεχνικά χαρακτηριστικά και την επιθυμητή ορυκτολογική σύσταση, με

αποτέλεσμα να απαιτείται να κατασκευάζονται μηχανές διάνοιξης με την δυνατότητα

να προσαρμόζονται συνεχώς στα μεταβαλλόμενα γεωλογικά δεδομένα. Οι

δημοφιλέστερες μηχανές που κατά βάση επιλέγονται σε ανομοιογενή εδάφη είναι το

ΤΒΜ Εξισορρόπησης Εδαφικής Πίεσης (E.P.B) αλλά και το ΤΒΜ Μπετονιτικού

Αιωρήματος ή Πολφού Ασπίδας (S.S). Για να χρησιμοποιηθούν αυτές οι μηχανές, το

υλικό εκσκαφής πρέπει να έχει χαρακτηριστικά ελαστικής παραμόρφωσης, μαλακής

συνοχής και μικρής εσωτερικής τριβής.

Σε παγκόσμια κλίμακα οι μηχανές EPΒ καταλαμβάνουν τα 2/3 της κατασκευαστικής

αγοράς με το υπόλοιπο 1/3 κατά βάση να καταλαμβάνεται από μηχανές άλλου είδους.

Τα τελευταία χρόνια κατασκευαστές ΤΒΜ, παράγουν μηχανές μικτής και

μετατρεπόμενης λειτουργίας, που ονομάζονται mix shield, και είναι μηχανές που σε

μία / δύο μέρες, μετατρέπονται με μηχανικό τρόπο από EPB σε S.S ή και το αντίθετο.

Αυτού του είδους μηχανές ΤΒΜ, κάνουν δυνατή την επιτυχή διάνοιξη της σήραγγας

σε πυκνοδομημένο αστικό περιβάλλον σε ετερογενές γεωλογικό προφίλ, χωρίς

πρόκληση καθιζήσεων, καθυστερήσεων και διακοπών.

3.3.1 Μηχανή EPB

Η ιδιαιτερότητα του τύπου μηχανών EPB είναι ότι εκμεταλλεύεται το ίδιο το

εκσκαπτόμενο υλικό έτσι ώστε να εξισορροπηθεί η πίεση μετώπου. Αυτή η

λειτουργία εξασφαλίζεται με την προσθήκη εντός του θαλάμου εκσκαφής (excavation

chamber) των κατάλληλων πρόσμικτων για την διαχείριση του εδάφους ως το μόνο

46

μέσο υποστήριξης των πιέσεων του μετώπου. Μία μηχανή EPB λειτουργεί καλύτερα

σε λεπτόκοκκα ιλυώδη-αργιλώδη μαλακά εδάφη που παρουσιάζουν κοκκομετρική

διαβάθμιση που βρίσκεται εντός της πράσινης περιοχής, στα αριστερά ης καμπύλης 1

του σχήματος 3.13. Στο ίδιο σχήμα στα δεξία εμφανίζεται η κόκκινη περιοχή στην

οποία ένα μηχάνημα EPB δεν είναι σε θέση να λειτουργεί.

Σχήμα 3.13: Εύρος εφαρμογής TBM τύπου EPB shield με βάση την κοκκομετρική διαβάθμιση

του υπεδάφους (Herrenknecht)

Η εικόνα 3.14 προβάλλει τις πιέσεις που εμφανίζονται στο μέτωπο κατά την εκσκαφή

ενός μηχανήματος EPB. H υδροστατική πίεση και η ενεργή πίεση εδάφους ασκούνται

με φορά αντίθετη στην φορά κίνησης του ΤΒΜ. Το ΤΒΜ για να καταφέρει να

προωθηθεί και να πραγματοποιήσει διάνοιξη πρέπει να εξισορροπήσει αυτές τις

πιέσεις με δημιουργούμενη τεχνητή πίεση που θα ασκηθεί από την εδαφική πάστα και

από την λειτουργία του ατέρμονα κοχλία. Για την διαχείριση της εδαφικής πάστας ως

μέσο υποστήριξης του μετώπου χρησιμοποιούνται κατάλληλα σύνθετα πρόσμικτα και

πλαστικοποιητές.

47

Εικόνα 3.14: Πίεση Κεφαλής μηχανήματος TBM τύπου E.P.B (Herrenknecht)

Τα πρόσθετα πρόσμικτα είναι τα πολυμερή, ο διογκούμενος αφρός και το νερό όπου

αναμιγνύονται σε κατάλληλες αναλογίες και ποσότητες για την ανάπτυξη της πίεσης

εξισορρόπησης αλλά και για την δυνατότητα διαχείρισης του εδαφικού υλικού

εκσκαφής όταν βρίσκεται εντός του κοχλία μεταφοράς και της ταινίας μεταφοράς.

Με την προσθήκη τέτοιων υλικών επιτυγχάνεται η ταχύτερη και ομοιόμορφη

πλήρωση του θαλάμου κεφαλής κοπής, η αύξηση της ταχύτητας εκσκαφής και η

παράλληλη μείωση της ροπής στρέψης. Ακολούθως μειώνεται η αναπτυσσόμενη

τριβή στην κεφαλή κοπής με παράλληλη μείωση της επιφανειακής τάσης.

Στόχος με την προσθήκη των ειδικών πρόσμικτων είναι το εκσκαπτόμενο εδαφικό

υλικό να αποκτήσει τον κατάλληλο συντελεστή διαπερατότητας και τις

συγκεκριμένες ιδιότητες πλαστικότητας και υφής και να μετατραπεί σε μία εδαφική

πάστα (soil paste). Αυτή η διαδικασία καλείται «συντήρηση εδάφους» (soil

conditioning) και βοηθάει καταλυτικά στους δύο βασικούς τομείς λειτουργίας του

ΤΒΜ, της προώθησης με ισορροπημένες πιέσεις μετώπου και τον έλεγχο των

καθιζήσεων. Η εικόνα 3.15 καταγράφει τις αναπτυσσόμενες πιέσεις κεφαλής σε

μαθηματική εξίσωση και την λειτουργία εξισορρόπησης, όπου ως ΔPM συμβολίζεται

το εύρος της ρυθμιζόμενης αυξομείωσης της ασκούμενης πίεσης από την πάστα

εδάφους μετά την προσθήκη των πρόσμικτων. Η συνήθης μέγιστη συνολική

λειτουργία πίεσης σχεδιασμού στα τοιχώματα του διαφράγματος της κεφαλής κοπής

σε ένα μηχάνημα EPB, φτάνει τα 5 bar (5 atm).

48

Εικόνα 3.15: Πίεσης μετώπου κεφαλής μηχανήματος TBM τύπου E.P.B (Facesupport)

Με την διαχείριση της διαπερατότητας, της πλαστιμότητας, του ειδικού βάρος και της

υφής του εκσκαπτόμενου υλικού και σε συνδυασμό με τον ρυθμό προχώρησης του

TBM αλλά και τον ρυθμό περιστροφής του κοχλία μεταφοράς, δίνεται η δυνατότητα

να ρυθμίζονται με ακρίβεια οι συνθήκες πίεσης του μετώπου στην κεφαλή. Η

ισορροπία στο θάλαμο εκσκαφής παρακολουθείται συνεχώς με την χρήση

αισθητήρων ώθησης γαιών και έτσι δίνεται η δυνατότητα στον χειριστή-οδηγό του

ΤΒΜ κατά την εκσκαφή να εκτελεί κινήσεις ακριβείας ως προς τον καθορισμό των

ωθήσεων στην κεφαλή, ρυθμίζοντας τις παραμέτρους της εδαφικής πάστας, του

ρυθμού προχώρησης (advance rate) του ΤΒΜ και του ρυθμού περιστροφής του

κοχλία μεταφοράς (screw conveyor).

Η διαχείριση του υλικού εκσκαφής βοηθάει καταλυτικά στην εύρυθμη διαδικασία

μεταφοράς μέσω του ιμάντα μεταφοράς. Όσο ποιο ομοιογενές το υλικό εκσκαφής

τόσο ποιο ομαλή και αποδοτική η λειτουργία μεταφοράς των υλικών εκσκαφής μέσω

των ταινιών που σε πολλά έργα μπορούν να φτάσουν το μήκος πολλών χιλιομέτρων.

Επιτυγχάνεται με αυτό τον τρόπο η αποφυγή συχνών βλαβών και του αριθμού των

αναγκαίων συντηρήσεων στο σύστημα μεταφοράς, αλλά και η περιβαλλοντική

μόλυνση εντός της σήραγγας. Το παρακάτω σχήμα 3.16 δημιουργήθηκε με βάση τα

πραγματικά δεδομένα από τις απαιτήσεις συντήρησης εδάφους, που καταγράφηκαν

κατά την εκτέλεση της σήραγγας Μετρό του Τορίνο στην Ιταλία.

49

Όσο το υλικό εκσκαφής παρουσιάζει διαβάθμιση κοκκομετρικής καμπύλης που

ταξινομείται στην αριστερή πράσινη περιοχή ιδανικών συνθηκών, οι απαιτήσεις

συντήρησης του εδάφους και προσθήκης πρόσμικτων είναι πολύ περιορισμένες (μόνο

πολυμερή για διαχείριση της συγκολλητικότητας). Όσο η κοκκομετρία κινείται από

την κίτρινη προς την διαγραμμισμένη μπλε περιοχή, οι απαιτήσεις συντήρησης

εδάφους αυξάνονται (συνδυασμός αφρού, πολυμερούς και πούδρας - filler). Τέλος

υπάρχει και η κόκκινη περιοχή στα δεξιά του διαγράμματος όπου η χρήση μηχανής

EPB είναι ανέφικτη και απαιτείται χρήση άλλης μηχανής.

Σχήμα 3.16: Εύρος εφαρμογής T.B.M τύπου E.P.B με βάση την κοκκομετρική διαβάθμιση

και των διαφορετικών τεχνικών προσθήκης βελτιωτικών, αφρών και πολυμερών (V.

Guglielmetti 2008)

Η παραπάνω περιγραφόμενη διαδικασία ελέγχου της κοκκομετρικής διαβάθμισης των

εδαφικών υλικών κατά την γεωτεχνική έρευνα, συντελεί καθοριστικά στην επιτυχή

λειτουργία των μηχανών ΤΒΜ τύπου EPB και βοηθά στην πρόβλεψη του κόστους για

την αγορά πρόσμικτων συντήρησης του εδαφικού υλικού εκσκαφής. Έτσι

επιτυγχάνεται εύρυθμη λειτουργία εκσκαφής με αυξημένους ρυθμούς προχώρησης

ακόμα και σε μεγάλες ποσότητες εκσκαφής με μεγάλες διαμέτρου κεφαλές (άνω των

12 μ) αλλά και σε υπέδαφος με έντονα χαρακτηριστικά ετερογένειας και

μεταβλητότητας.

Για το έργο της επέκτασης της γραμμής 2 της Αττικό Μετρό, επιλέχθηκε η διάνοιξη

του μεγαλύτερου τμήματος της σήραγγας (4.83 χλμ.) να γίνει με μηχάνημα διάνοιξης

σηράγγων ολομέτωπης κοπής τύπου εδαφικής εξισορροπητικής πίεσης (ΕΡΒ ΤΒM)

50

διαμέτρου 9.5 μ. περίπου, με χάραξη κάτω από τη Λεωφ. Βουλιαγμένης,

ελαχιστοποιώντας τις επιπτώσεις της διάνοιξης σε κτίρια και υποδομές. Η επιλογή

των μηχανημάτων διάνοιξης εξισορρόπησης πίεσης γαιών (EPB) έγινε μετά από

αξιολόγηση των γεωλογικών και γεωτεχνικών συνθηκών του έργου, ώστε να

μεγιστοποιηθεί ο ρυθμός διάνοιξης της σήραγγας και να ελαχιστοποιηθούν κατά το

δυνατόν οι καθιζήσεις στην επιφάνεια του εδάφους και ο κίνδυνος σε υπερκείμενες

κατασκευές. Η διάνοιξη της σήραγγας με το μηχάνημα ΕΡΒ-ΤΒΜ ήταν συνεχής, 24

ώρες την ημέρα και 7 ημέρες την εβδομάδα, ενώ είχε ληφθεί υπόψη ένας μέσος

ρυθμός διάνοιξης της τάξης των 11 μ. ανά ημέρα στο χρονοδιάγραμμα του έργου, που

επιτεύχθηκε εύκολα κατά την κατασκευή. Ο ρυθμός αυτός προχώρησης έλαβε υπόψη

όλες τις διακοπές στην λειτουργία για συντήρηση, επίσημες αργίες κ.λπ.

Παρακάτω συγκεντρώνονται τα πλεονεκτήματα της χρήσης μηχανών EPB σε

σύγκριση με τις μηχανές SS:

o μικρότερη απαίτηση χώρων για το φρέαρ εκκίνησης και το εργοτάξιο

o εύκολη χρήση με μικρό χρόνο εκμάθησης, συνήθης συντήρηση

o χαμηλότερο κόστος αγοράς, γρηγορότερη απόσβεση

o λειτουργία και με αυτό-στήριξη μετώπου με χρήση της ανοικτής λειτουργίας

για ταχύτερη προώθηση

o περιορισμένη ποσότητα γαιών σε περίπτωση αστοχίας (κατάρρευσης

μετώπου)

o δεν απαιτείται μονάδα διαχωρισμού εναιωρήματος μπετονίτη

o καθαρότερα υλικά εκσκαφής χωρίς μόλυνση λόγω εναιωρήματος μπετονίτη

3.3.2 Μηχανή Slurry Shield

Η μηχανή διάνοιξης πολφού ασπίδας κάνει χρήση εναιωρήματος μπετονίτη ως μέσο

υποστήριξης του μετώπου και ρύθμισης των μετακινήσεων. Συνήθως επιλέγεται να

χρησιμοποιείται κάτω από την στάθμη του υδροφόρου ορίζοντα, σε αδρόκοκκο

μαλακό έδαφος, σε αμμώδη λεπτόκοκκα εδάφη ή ακόμα και σε χαλαρά εδάφη

ρηγματωμένου βράχου. Στις μηχανές SS υπάρχει ένα κλειστό υδραυλικό κύκλωμα

σωληνώσεων που ρυθμίζει την πίεση του εναιωρήματος.

51

Το εναιώρημα ή αλλιώς πολφός, είναι ένα ομοιογενές μίγμα εδάφους, νερού και

μπετονίτη, ελεγχόμενων γεωτεχνικών χαρακτηριστικών έτσι ώστε να δημιουργείται

μεμβράνη κρούστας σφράγισης στα σημεία επαφής με το μέτωπο. Το εναιώρημα

επεξεργάζεται από εξειδικευμένο σύστημα όπου ελέγχεται συνεχώς, ανακυκλώνεται,

και ρυθμίζονται οι ιδιότητες του. Το δίκτυο τροφοδοσίας εισαγάγει το εναιώρημα στο

θάλαμο κοπής της κεφαλής ο οποίος έχει διαχωριστεί από την υπόλοιπη σήραγγα, με

ένα αεροστεγές διάφραγμα και έτσι ξεκινά η λειτουργία άσκησης πίεσης υποστήριξης

του μετώπου μέσω του πολφού. Αντίστοιχα υπάρχει και ένα δίκτυο άντλησης

εναιωρήματος από τον σφραγισμένο θάλαμο έτσι ώστε να μειώνεται η πίεση πολφού.

Με αυτό τον τρόπο και την εναλλαγή της τροφοδοσίας και της άντλησης πολφού,

επιτυγχάνεται η ρύθμιση της πίεσης μετώπου. Αυτό το σύστημα κλειστού υδραυλικού

κυκλώματος κατά την άντληση, μεταφέρει το υλικό εκσκαφής σε υδαρής μορφή

λάσπης στην μονάδα διαχωρισμού για την εξαγωγή του μπετονίτη από το μίγμα.

Σχήμα 3.17: Εύρος εφαρμογής TBM τύπου EPB και Slurry με βάση την κοκκομετρική

διαβάθμιση του υπεδάφους (Prof. J.Zhao EPFL, Seminar 2012)

Στο δεξιό τμήμα του σχήματος 3.17, η πορτοκαλί ζώνη παρουσιάζει την περιοχή

κοκκομετρικής διαβάθμισης στην οποίο δύναται να λειτουργεί επιτυχώς ένα

μηχάνημα Πολφού ασπίδας. Η επικαλυπτόμενη πορτοκαλί και πράσινη περιοχή, είναι

η περιοχή στην οποία λειτουργούν με την ίδια ευχέρεια μία μηχανή EPB και SS. Η

διαβάθμιση εδάφους που κατατάσσεται στην αριστερή πράσινη περιοχή, είναι ιδανική

για μηχανές μόνο τύπου EPB. Η συνήθης μέγιστη λειτουργία πίεσης σχεδιασμού για

52

ένα μηχάνημα S.S, στα τοιχώματα του διαφράγματος της κεφαλής κοπής φτάνει τα 7

bar (7 atm) και συνήθως η πίεση λειτουργίας σε μηχανή SS είναι αισθητά αυξημένη

σε σχέση με μία μηχανή EPB.

Παρακάτω παρουσιάζονται επιγραμματικά τα πλεονεκτήματα χρήσης των μηχανών

SS σε σύγκριση με τις μηχανές EPB.

o δεν είναι απαραίτητη η χρήση κοστοβόρων πρόσμικτων και πολυμερών

συντήρησης του εδάφους παρά μόνο μπετονιτικού αιωρήματος

o κλειστό σύστημα δικτύου μεταφοράς υλικών εκσκαφής με αποτέλεσμα ποιο

ευχάριστο και καθαρότερο περιβάλλον εργασίας

o δεν απαιτούνται μεγάλες ροπές κεφαλής και λειτουργεί με μηχανές

χαμηλότερων απαιτήσεων σε ισχύ

o χαμηλότερες μετακινήσεις και καθιζήσεις κατά την χρήση λόγω συνεχούς

κλειστής λειτουργίας

o ευκολότερη πλοήγηση

o αυτόματη και ευκολότερη ρύθμιση της πίεσης του μετώπου

3.4 Σύστημα παρακολούθησης ΤΒΜ

Το σύστημα παρακολούθησης ή αλλιώς το καταγραφικό του ΤΒΜ αποτελεί τμήμα

του συνολικού συστήματος γεωμηχανικής και δομητικής παρακολούθησης. Κάθε

σύγχρονο μηχάνημα ΤΒΜ εξοπλίζεται με κατάλληλες καταγραφικές συσκευές που

αποστέλλουν όλα τα δεδομένα σε κεντρικό υπολογιστή που ενημερώνει όχι μόνο τον

χειριστή του ΤΒΜ αλλά και τους άλλους συναρμόδιους χρήστες της βάσης

δεδομένων. Καταγράφονται μέσω αισθητήρων και μετρητών, τα γεωτεχνικά

δεδομένα αλλά και η μηχανική λειτουργία του ΤΒΜ.

53

Εικόνα 3.18 : Οθόνη σε παραθυρικό περιβάλλον ελέγχου λειτουργίας ΤΒΜ τύπου EPB Shield

(Guglielmetti Lovat 2005)

Η εικόνα 3.18 παρουσιάζει σε παραθυρικό περιβάλλον την κεντρική οθόνη

λειτουργίας ενός EPB ΤΒΜ που λειτούργησε στο Τορίνο της Ιταλίας. Παρατηρούμε

ότι υπάρχει πληθώρα πληροφοριών και δεδομένων σε μία και μόνο οθόνη και δίνεται

η δυνατότητα ολοκληρωτικού ελέγχου κατά την λειτουργία και την διάνοιξη της

σήραγγας. Οι σημαντικότεροι και συνηθέστεροι γεωτεχνική παράμετροι καταγραφής

και στοιχεία μηχανικής λειτουργίας του ΤΒΜ αφορούν την/τον/το:

o πίεση κενού χώρου θαλάμου εκσκαφής κοπτικής κεφαλής (bar,atm)

o πίεση στην αρχή και το τέλος του κοχλία εκσκαφής (bar, atm)

o πίεση εμβόλων προώθησης (bar, atm)

o ταχύτητα περιστροφής κεφαλής (rpm)

o ταχύτητα περιστροφής κοχλία εκσκαφής (rpm)

o ταχύτητα διείσδυσης (m/day, mm/rot. mm/min)

o ροπή κοπτικής κεφαλής (MNm)

o βάρος , όγκο, ρυθμό εκσκαφής υλικών προς αποκομιδή (ton/hr, m3)

o όγκο, ρυθμό, πίεση εισπίεσης ενέματος ουραίου περιβλήματος (lt/ min)

o όγκο, ρυθμό, πίεση λίπανσης για την σφράγιση του ουραίου περιβλήματος

(lt/min, bar)

o όγκο, ρυθμό πρόσθεσης πρόσμικτων πολυμερούς, αφρού και νερού

54

o χρόνο συνεχούς λειτουργίας διάνοιξης (day,hr, min, sec)

o αριθμό τοποθετημένων δακτυλιδιών

o στίγμα χιλιομετρικής θέσης, πορεία πλοήγησης (συντεταγμένες)

Εικόνα 3.19: Οθόνη μετρήσεων πραγματικού χρόνου παραμέτρων «Κοπτικής Κεφαλής/

Cutterhead Drive», «Κοχλία Μεταφοράς /Screw Conveyor», «Ανίχνευσης Αερίων/Gas

Detection», «Πίεση Γαιών/Earth Pressure», ΤΒΜ (Αττικό Μετρό 2007)

Η εικόνα 3.19 αφορά την πρώτη, από τις πέντε βασικές οθόνες που μπορεί να ελέγχει

και να παρακολουθεί ο χρήστης της μηχανής ΤΒΜ που χρησιμοποιήθηκε κατά την

εκτέλεση του έργου της επέκτασης της Γραμμής 2 του Α.Μ στην Αθήνα το 2007.

Υπάρχουν στοιχεία ταχύτητας, πίεσης και ροπής για τον κοχλία και την κοπτική

κεφαλή. Επίσης στην πρώτη κεντρική οθόνη, σε μορφή ποσοστών, εμφανίζονται

στοιχεία ανίχνευσης αέριων ρύπων (CO2, CO, CH4) και οξυγόνου.

Στην δεύτερη οθόνη στην εικόνα 3.20 απεικονίζονται όλες οι πληροφορίες που

αφορούν τα στοιχεία προώθησης όπως ο ρυθμός προχώρησης, η ταχύτητα, η δύναμη

προώθησης. Καταγράφονται στοιχεία συντήρηση του εδάφους όπως ο όγκος αφρού,

ο λόγος εισπίεσης αφρού FIR και ο λόγος διόγκωσης αφρού FER. Τέλος

καταγράφονται η πίεση και η θερμοκρασία του λαδιού και του νερού που βρίσκονται

στο κιβώτιο της μηχανής.

55

Εικόνα 3.20: Οθόνη μετρήσεων πραγματικού χρόνου παραμέτρων «Προχώρησης/Advance»,

«Αφρού/Foam», «Αρθρώσεων/Articulation», «Υλικού Εκσκαφής/Excavated Material», «Λάδια

Κιβωτίου/Gear Oil», «Νερό/Water», ΤΒΜ (Αττικό Μετρό 2007)

Στην 3η οθόνη και στην εικόνα 3.21 ελέγχεται η λειτουργία λίπανσης και σφράγισης

στην αρχή και στο τέλος του ουραίου περιβλήματος. Εκτός της λίπανσης του

περιβλήματος, κατά την επανεπίχωση του διακένου υπερεκσκαφής μέσω της

εισπίεσης ενέματος, απαραίτητη είναι η σφράγιση της σήραγγας και του χώρου

εργασίας, με γράσο, από τα ύδατα αλλά και το ένεμα.

Εικόνα 3.21: Οθόνη μετρήσεων πραγματικού χρόνου παραμέτρων «Λίπανσης Ουραίου τμήματος

ασπίδας» ΤΒΜ (Αττικό Μετρό 2007)

Στην 4η οθόνη και στην εικόνα 3.22 ελέγχεται η λειτουργία επανεπίχωσης με ένεμα

ή/και μπετονίτη, μέσω των γραμμών εισπίεσης. Καταγράφονται στοιχεία πίεσης και

επιτάχυνσης ροής αλλά και η ποσότητα ενέματος στην δεξαμενή.

56

Εικόνα 3.22: Οθόνη μετρήσεων πραγματικού χρόνου παραμέτρων «Γραμμών ενεμάτωσης /

Grout Injection – Μπετονίτη/Bentonite» ΤΒΜ (Αττικό Μετρό 2007)

Στην 5η οθόνη και στην εικόνα 3.23 παρουσιάζονται τοπογραφικά στοιχεία της θέσης,

της πλοήγησης αλλά και ο τύπος των δακτυλιδιών που χρησιμοποιείται. Ανάλογα με

το τύπο του κυκλικού δακτυλιδιού που επιλέγεται να τοποθετηθεί, πλοηγείται η

μηχανή ΤΒΜ στο υπέδαφος. Για την πληρότητα της εργασίας, όλα τα δεδομένα που

αναφέρονται παραπάνω και απεικονίζονται στις εικόνες 3.19 έως 3.23, εμφανίζονται

αναλυτικά σε μορφή πίνακα στο παράρτημα Β.5.5.

Εικόνα 3.23: Οθόνη μετρήσεων πραγματικού χρόνου παραμέτρων «Πλοήγησης/Navigation»

ΤΒΜ (Αττικό Μετρό 2007)

Ο χειριστής έχει την δυνατότητα όποτε χρειάζεται να επιλέγει οποιαδήποτε

παράμετρο επιθυμεί, από αυτές που διατίθενται (εμφανίζονται αναλυτικά στον πίνακα

Β.5.5 του παραρτήματος Β), οι οποίες παρουσιάζονται σε μορφή διαγράμματος

χρόνου έναντι τιμής της παραμέτρου. Κάθε εξουσιοδοτημένος χρήστης της βάσης

57

δεδομένων έχει πρόσβαση σε δεδομένα επιλέγοντας χρονική διάρκεια καταγραφών.

Η εικόνα 3.24 εμφανίζει ένα τέτοιου είδους διάγραμμα, όπου στον οριζόντιο άξονα

υπάρχει πληροφορία πραγματικού χρόνου, ενώ στον κάθετο άξονα αποτυπώνεται ο

ρυθμός προχώρησης σε μονάδες μέτρησης χιλιοστών ανά περιστροφή.

Εικόνα 3.24: Οθόνη μετρήσεων πραγματικού χρόνου ελέγχου παραμέτρου

«Προχώρησης/Penetration» σε mm/rot (Αττικό Μετρό 2007)

3.5 Τελική επένδυση σήραγγας

Η τελική επένδυση της σήραγγας έχει ως βασικό σκοπό την αποφυγή αστοχιών λόγω

υπερεκσκαφών, συγκλίσεων και ωοειδών παραμορφώσεων που συμβαίνουν σε κάθε

σήραγγα. Η εικόνα 3.25 προβάλει με διανύσματα την σύγκλιση των τοιχωμάτων σε

μία κυκλική σήραγγα. Η τελική επένδυση είναι ένα δομικό περίβλημα που

αποτελείται από πολλές σειρές κυκλικών δακτυλιδιών οπλισμένου σκυροδέματος που

«συναρμολογούνται» από το σύστημα τοποθέτησης των στοιχείων, που υπάρχει

εγκατεστημένο στην μηχανή του ΤΒΜ. Τα προκατασκευασμένα στοιχεία αποτελούν

το τελικό προϊόν, το οποίο μεταφέρεται στο μέτωπο της εκσκαφής για να τοποθετηθεί

στην τελική του θέση.

58

Εικόνα 3.25: Διανυσματική απεικόνιση σύγκλισης βραχόμαζας κυκλικής σήραγγας

(Hoek 2000)

Τα προκατασκευασμένα κελύφη σηράγγων (segments) κατασκευάζονται σε

οργανωμένες βιομηχανοποιημένες ανεξάρτητες μονάδες προκατασκευής, που

βρίσκονται συνήθως κοντά στο έργο και τα στοιχεία κελύφους (δηλαδή το τελικό

παραγόμενο προϊόν) μεταφέρονται σταδιακά μέσω οχημάτων στην ανοικτή εκσκαφή

των φρεατίων (shafts) για να τροφοδοτήσουν την κινητή μονάδα του ΤΒΜ. Η

παραγωγή των στοιχείων είναι τόσο τυποποιημένη και συστηματοποιημένη (logistics)

που για το κάθε στοιχείο παρέχεται η δυνατότητα ιχνηλασιμότητας του, με

μοναδικούς κωδικούς (scan barcode). Με αυτό τον τρόπο δίνεται η δυνατότητα μέχρι

και πριν την στιγμή τοποθέτησης να ελέγχονται χρονολογικά στοιχεία κατασκευής,

αντοχών, μεταφοράς, αποθήκευσης και γεωμετρίας. Στην εικόνα 3.26 παρουσιάζεται

η περατωμένη τελική επένδυση όπου διακρίνονται εύκολα τα στοιχεία ανά δακτυλίδι,

η ταινία μεταφοράς του υλικού εκσκαφής, το δίκτυο εξαερισμού και οι ράγες

σταθερής τροχιάς για την μετακίνηση των βαγονιών. Τα στοιχεία (segments)

οπλισμένου σκυροδέματος, κατασκευάζονται και δονούνται σε ειδικά μεταλλικά

καλούπια με το επιθυμητό κάθε φορά μήκος, πλάτος, πάχος και καμπύλη που

καθορίζει εξειδικευμένη μελέτη που λαμβάνει υπόψη της σύνθετους οικονομικό-

τεχνικούς παράγοντες.

59

Εικόνα 3.26: Τελική επένδυση δακτυλίων προκατασκευασμένων κελυφών

(Αρμός ΑΕ Αττικό Μετρό)

Στην εικόνα 3.27, παρουσιάζονται τα διάφορα είδη γεωμετρίας των στοιχείων αλλά

και η σύνδεση μεταξύ στοιχείων ή μεταξύ κυκλικών δακτυλιδιών. Κατά την μελέτη

του έργου, οι φάσεις επιλογής της διαμέτρου, του τύπου μηχανής ΤΒΜ και της

γεωμετρίας των στοιχείων του δακτυλίου είναι αλληλένδετα συνδεμένες μεταξύ τους

και αποτελούν σύνθετη και εξειδικευμένη μελετητική εργασία που επηρεάζει

καταλυτικά την οικονομία του έργου. Τα segments θα πρέπει εύκολα να μπορούν να

μετακινηθούν, να τοποθετηθούν αλλά συγχρόνως και να εξυπηρετούν πλήρως την

δομοστατική επάρκεια, την ασφάλεια του έργου αλλά και την σωστή χάραξη. Όσο

ποιο βαρύ ή μακρύ ένα στοιχείο τόσο δυσκολότερη η τοποθέτηση, η μεταφορά και η

αποθήκευση. Για το υπό εξέταση έργο της γραμμής 2 της Αττικό Μετρό τα κελύφη

επιλέχθηκαν να έχουν πάχος 35 εκ. για μία ονομαστική εσωτερική διάμετρο

(intrados) επένδυσης των 8,48 μ. συμπεριλαμβανομένης και της κατασκευαστικής

ανοχής

60

Εικόνα 3.27: Γεωμετρία προκατασκευασμένων στοιχείων κελύφους τελικής επένδυσης

(US Army Corps Engineers, Guglielmetti, 2008)

Τα κελύφη μεταξύ τους σφραγίζουν μέσω ειδικών ελαστικών παρεμβυσμάτων

στεγανοποίησης (πλαστικού αρμού που καλείται αρμολάστιχο) και με αυτό τον τρόπο

εξασφαλίζεται η στεγάνωση της σήραγγας από υπόγεια νερά αλλά συγχρόνως

επιτρέπεται και η εκτέλεση της εισπίεσης και της ενεμάτωσης που συμβαίνει στο

ουραίο τμήμα του μηχανήματος ΤΒΜ, για την αποφυγή καθιζήσεων και την

συμπλήρωση του διάκενου μεταξύ του δακτυλίου και της γραμμής εκσκαφής. Η

αναγκαία υπερεκσκαφή που δημιουργείται για την αποφυγή προβλημάτων

«σφήνωσης» κατά την πλοήγηση του μηχανήματος, ανάμεσα στην ασπίδα ΤΒΜ και

την γραμμή εκσκαφής επιβάλλεται να επανεπιχώνεται με την εισπίεση ενέματος στο

ουραίο τμήμα για την μείωση των καθιζήσεων και την μη αποτόνωση της

βραχόμαζας.

Τα κελυφωτά προκατασκευασμένα στοιχεία, αποτελούν μέρος του κυκλικού

δακτυλίου της σήραγγας και ο αριθμός τους συνήθως κυμαίνεται από 6 έως 12

ανάλογα με την διάμετρο της διατομής και την χάραξη πορείας του μηχανήματος

διάνοιξης (κατά μήκος κλίσης κ.α.). Συνήθως σε κάθε δακτύλιο υπάρχει και ένα

μικρότερο στοιχείο τριγωνικού σχήματος που καλείται «στοιχείο κλειδί» (key

segment) και τοποθετείται πάντα τελευταίο κατά την διαδικασία τοποθέτησης από το

61

μηχάνημα ΤΒΜ. Στην παρακάτω εικόνα 3.28 διακρίνονται τα μικρά τριγωνικού

σχήματος στοιχεία κλειδιά και το κάθε κυκλικό δακτυλίδι.

Εικόνα 3.28: Δακτύλιοι προκατασκευασμένων στοιχείων κελύφους (Αρμός ΑΕ Αττικό Μετρό)

Για την οικονομία του έργου επιλέγεται κατά την προκατασκευή, η γραμμή

παραγωγής να περιλαμβάνει και μία ξεχωριστή μονάδα συντήρησης - ωρίμανσης διά

ατμού (steam curing unit) για την ταχεία αύξηση των αντοχών του στοιχείου με στόχο

την:

o γρηγορότερη αποδέσμευση των μεταλλικών καλουπιών με στόχο την οικονομία

και αύξηση της παραγωγής

o ελαχιστοποίηση του χρόνου αποθήκευσης με στόχο την μείωση του απαιτούμενου

χώρου αποθήκευσης και χώρου προσωρινής απόθεσης

o γρηγορότερη εκκένωση από το καλούπι, ανύψωση και διαχείριση του στοιχείου

για την μετακίνηση από το καλούπι στην περιοχή αποθήκευσης και στην συνέχεια

στο σημείο τελικής τοποθέτησης

o δυνατότητα τοποθέτησης του ενός στοιχείου πάνω στο άλλο κατά την

αποθήκευση και την μεταφορά

62

Σχήμα 3.29: Κύκλος ωρίμανσης μέσω ατμού στοιχείων(Guglielmetti, 2008)

Με την τεχνητή πρόωρη ωρίμανση του οπλισμένου σκυροδέματος, μειώνεται ο

χρόνος ωρίμανσης στο ¼ και εξασφαλίζεται η συνεχής και απρόσκοπτη λειτουργία

του ΤΒΜ χωρίς καθυστερήσεις στην τροφοδοσία προκατασκευασμένων στοιχείων.

Παραπάνω στο σχήμα 3.29, παρουσιάζεται ένας κύκλος επτά ωρών και τα βασικά

βήματα ωρίμανσης του προκατασκευασμένου στοιχείου. Επίσης τα στοιχεία

τοποθετούνται συνήθως σε στοίβες 4 ή 5 τεμαχίων, όπως φαίνεται στο σχήμα 3.30,

για την οικονομία χώρου κατά την αποθήκευση.

Εικόνα 3.30: Τρόπος αποθήκευσης προκατασκευασμένων στοιχείων

(Αρμός Α.Ε Μετρό Θεσσαλονίκης)

63

3.6 Τεχνολογική εξέλιξη

Στην σηραγγοποιία και συγκεκριμένα στην τεχνολογία της μηχανοποιημένης

διάνοιξης σηράγγων, η εξέλιξη ωθεί τους εμπλεκόμενους να καλυτερεύουν τις

συνθήκες εργασίας, να επικοινωνούν αποδοτικότερα και να παραδίδουν

ασφαλέστερες σήραγγες γρηγορότερα και οικονομικότερα. Ο ανταγωνισμός μεταξύ

των μεγάλων εταιρειών κατασκευαστών ΤΒΜ βοηθά στην εξέλιξη και τον

εκμοντερνισμό του εξοπλισμού στην βιομηχανία κατασκευής σηράγγων. Σε αυτό το

κεφάλαιο παρουσιάζονται οι σημαντικότερες νέες τεχνολογίες που εφαρμόζονται ήδη

ή θα εφαρμοσθούν στα επόμενα υπόγεια έργα.

Eπιδίωξη είναι η πλήρης εκμετάλλευση της χρήσης της τεχνολογίας πληροφορίας

(Ιnformation Τechnology), με στόχο την διάχυση των σωστών δεδομένων κατά

την εκτέλεση συστημάτων Γ.Δ.Π (e-tunnelling). Υπάρχουν προγράμματα

εύχρηστων εφαρμογών κινητών τηλεφώνων (smart phone applications) που

βρίσκονται σε λειτουργία και δίνουν την δυνατότητα στους εξουσιοδοτημένους

χρήστες να έχουν πρόσβαση σε δεδομένα καταγραφών, δια μέσου του κινητού

τους, οποιαδήποτε στιγμή της ημέρας. Στο παράρτημα Β.6 και στα σχήματα Β.6.1

έως Β.6.5 παρουσιάζονται εικόνες από τέτοιου είδους εφαρμογές κινητών σε

λειτουργία. Με αυτό τον τρόπο επιδιώκεται η σωστή διαχείριση των δεδομένων

και η πληρέστερη πληροφόρηση και επικοινωνία των εμπλεκόμενων σε ένα έργο .

Η τεχνολογική εξέλιξη ωθεί στην ενσωμάτωση νέων οργάνων και αισθητήρων για

την ορθότερη καταγραφή και την παρακολούθηση σε πραγματικό χρόνο της

κατάστασης του εδάφους και των μηχανών ΤΒΜ. Με αυτό τον τρόπο γίνεται

προσπάθεια της επίτευξης μέγιστης διαδραστικότητας (tunnelling interactivity)

μεταξύ:

o της βάσης δεδομένων

o των εγκατεστημένων οργάνων στο έδαφος και στα κτίρια

o του εγκατεστημένου καταγραφικού παρακολούθησης της μηχανής ΤΒΜ και

o των εξουσιοδοτημένων χρηστών του έργου.

Γίνονται προσπάθειες για την κατασκευή ενός ενιαίου καθολικού “Universal

TBM” που θα έχει την δυνατότητα να λειτουργεί και να προσαρμόζεται :

o σε πολλά και διαφορετικά έργα με επαναχρησιμοποίηση

o σε διαφορετικό ετερογενές έδαφος

o σε χαμηλά υπερκείμενα,

64

o σε μεγάλες ή μικρές πιέσεις,

o με μεγάλη ή μικρή διάμετρο εκσκαφής,

o με υψηλό ρυθμό εκσκαφής κατά την τοποθέτηση της τελικής επένδυσης (βλ.

παράρτημα Β.6, εικόνα Β.6.8)

Επίσης επιδιώκεται η λειτουργία εξελιγμένων συστημάτων ελέγχου της εργασίας

που εκτελείται μέσω των υπερβαρικών θαλάμων. Για την εξασφάλιση ασφαλών

διαδικασιών κατά την αποσυμπίεση - συμπίεση των εργαζομένων στις

υπερβαρικές κάψουλες υπάρχουν φορητά συστήματα στην αγορά (compressed-

air-work.net) που εξασφαλίζουν και εγγυώνται την ασφάλεια των εργαζομένων

δυτών ξηράς κατά την εργασία στις συνθήκες αυτές. Συγχρόνως πωλούνται

αυτοματοματοποιημένες μηχανές εργαλείων επιθεώρησης και εκτέλεσης

συντηρήσεων (inspection robot tools). Αυτές οι μηχανές ελαχιστοποιούν την

εμπλοκή του εργαζομένου στην διαδικασία συντήρησης των κοπτικών μέσων ή

της κεφαλής. Υπάρχουν μηχανές ρομπότ που αναλαμβάνουν να επιθεωρούν μέσω

καμερών και να εκτελούν εργασίες αντικατάστασης ή συντήρησης στις δύσκολες

συνθήκες που επικρατούν στο μέτωπο εκσκαφής.

Στο παράρτημα Β.6 παρουσιάζονται διάφορες νέου τύπου μηχανές ΤΒΜ.

Συγκεκριμένα στο σχήμα Β.6.6 και Β.6.7 παρουσιάζονται δύο (2) διαφορετικές

σύγχρονες μηχανές ΤΒΜ που έχουν κατασκευασθεί με στόχο να παράγεται

σήραγγα ορθογωνικής διατομής, η οποία είναι αρχιτεκτονικά λειτουργικότερη και

οικονομικότερη εφόσον η εκσκαφή περιορίζεται. Στο παράρτημα Β.6 και στο

σχήμα Β.6.9 παρουσιάζεται σύγχρονη μηχανή κάθετης κίνησης (βύθισης) για την

κατασκευή διάνοιξης φρεατίων διαμέτρων από 4 μέτρα μέχρι και 16 μέτρα.

65

Κεφάλαιο 4

Γεωμηχανική και δομητική παρακολούθηση

Κατά την φάση εκτέλεσης σύγχρονων υπόγειων έργων σε πυκνοδομημένο αστικό

περιβάλλον η μέτρηση, η παρακολούθηση και η συνεχής καταγραφή γεωτεχνικών και

γεωδαιτικών παραμέτρων αποτελούν σημαντικό και αναπόσπαστο τμήμα για την

εξασφάλιση της δομικής ασφάλειας και την ελαχιστοποίηση των κινδύνων. Στα

προηγούμενα κεφάλαια αναλύθηκε ότι η επικινδυνότητα των υπογείων έργων πηγάζει

κατά βάση από την απρόβλεπτη φύση της γεωλογίας του διανοιγόμενου εδάφους και

της μεταβλητότητας των γεωτεχνικών χαρακτηριστικών.

Η ενόργανη παρακολούθηση και συγκεκριμένα το σύστημα (ΓΔΠ) ενός έργου ξεκινά

να μελετάτε κατά την φάση της σύλληψης του έργου, να οριστικοποιείται στο τέλος

του σχεδιασμού και να εφαρμόζεται κατά την φάση κατασκευής ενός υπόγειου

έργου. Απαραίτητη πριν την έναρξη του προγράμματος είναι η σωστή λήψη και

καθορισμός της τιμής αναφοράς κάθε κρίσιμης παραμέτρου όπου ορίζεται ως η αρχή

και το σημείο «μηδέν» των μετρήσεων. Η ΓΔΠ μπορεί να συνεχισθεί ακόμα και κατά

την διάρκεια λειτουργίας του έργου, μέχρι τον πλήρη κύκλο ζωής του, εφόσον

κρίνεται απαραίτητο από τους διαχειριστές του έργου.

4.1 Συλλογιστική και σχεδιασμός Γ.Δ.Π

Η βασική συλλογιστική για τον σχεδιασμό και την λειτουργία της ΓΔΠ είναι η

συνεχής μέτρηση γεωμηχανικών και γεωδαιτικών παραμέτρων ευστάθειας που

παρουσιάζονται παρακάτω:

66

o μετακινήσεις της επιφάνειας του εδάφους καθώς και κτιρίων και κατασκευών

(ολική και διαφορική καθίζηση, ανύψωση, μετακινήσεις σε τρεις διαστάσεις,

κλίση κ.λπ.), που συναντώνται εντός της ζώνης επιρροής ή και πέραν αυτής εάν

αυτό κριθεί απαραίτητο βάσει των τοπικών συνθηκών του έργου.

o μετακινήσεις (οριζόντιες, κατακόρυφες) στην υποκείμενη ζώνη της επιφάνειας

του εδάφους που περιβάλλει το έργο.

o συγκλίσεις και μετακινήσεις των προσωρινών και μόνιμων τοιχωμάτων των

εκσκαφών, σηράγγων και κατασκευών.

o μεταβολές πιέσεων του εδάφους και του υπογείου νερού.

o τάσεις και παραμορφώσεις στα δομοστατικά στοιχεία του έργου ή και στην

επένδυση των σηράγγων καθώς και παραμορφώσεις στο έδαφος.

o οριζόντιες παραμορφώσεις κάτω από τη στάθμη θεμελίωσης κτιρίων σε βαθιές

ανοικτές εκσκαφές (π.χ. σταθμοί, φρέατα, ανοικτά ορύγματα κ.λπ.).

o φορτία σε αγκυρώσεις και τάσεις αντηρίδων που πρόκειται να χρησιμοποιηθούν

σε προσωρινές αντιστηρίξεις.

o στάθμη υπογείων υδάτων, εισροή υδάτων στις εκσκαφές και στα υπόγεια έργα

καθώς και τυχόν διαρροή νερού σε ολοκληρωμένες κατασκευές με τελική επένδυ-

ση.

o μετεωρολογικά στοιχεία (π.χ. θερμοκρασία, ατμοσφαιρική πίεση, υγρασία,

ορατότητα κ.λπ.) κατά τη διάρκεια λήψης των μετρήσεων.

o στοιχεία παρακολούθησης ΤΒΜ (TBM-Data Monitoring) και παρακολούθηση

προϊόντων εκσκαφής (Muck Control).

με στόχο να καταγράφονται σε βάση δεδομένων, όσο το δυνατόν καλύτερα όλες οι

αλληλεπιδράσεις των υπόγειων κατασκευών με την περιβάλλουσα εδαφική ζώνη και

ως άμεσο σκοπό την :

o επαλήθευση των παραδοχών και των δεδομένων που έχουν ληφθεί υπόψη κατά

την εκπόνηση των μελετών, έτσι ώστε να καταστεί εφικτή η όσο το δυνατόν πιο

αξιόπιστη χρήση των αριθμητικών μοντέλων.

o λήψη διορθωτικών μέτρων στο σωστό χρόνο για τον περιορισμό αστοχιών και

ζημιών και την έγκαιρη προειδοποίηση σε περίπτωση έκτακτης ανάγκης κατά τη

διάρκεια της κατασκευής (επιβολή ορίων συναγερμού), έτσι ώστε να είναι εφικτή

η άμεση εφαρμογή των αναγκαίων διορθωτικών μέτρων για την αποφυγή βλαβών

67

στις κατασκευές καθώς και για την προστασία του εργατικού δυναμικού και

τρίτων

o ελαχιστοποίηση και περιορισμό της επικινδυνότητας και την ενίσχυση του

καθεστώτος ασφάλειας στους εμπλεκόμενους

o καταγραφή της επίδρασης των εργασιών κατά τη διάρκεια κατασκευής του έργου

τόσο στο ίδιο το έργο όσο και στη ζώνη επιρροής του, αλλά παράλληλα και στις

κατασκευές εντός αυτής ή και πέραν αυτής εάν αυτό κριθεί απαραίτητο.

o ουσιαστική συμβολή στη βελτιστοποίηση των παραμέτρων λειτουργίας του ΤΒΜ

και των υπόλοιπων συστημάτων εκσκαφής.

o συσχέτιση της μελέτης εφαρμογής με τις κατασκευαστικές δραστηριότητες καθώς

και τις πραγματικές συνθήκες που συναντώνται επί τόπου με την πρόοδο του

έργου.

o συμπλήρωση και επαναξιολόγηση των εδαφικών συνθηκών κατά την κατασκευή

του έργου.

o τη συμβολή στη συνολική αξιολόγηση της μελέτης - κατασκευής του έργου σε

σχέση με τις επί τόπου συνθήκες, έτσι ώστε να καταστεί εφικτό αφενός μεν να

εκτελεσθούν ανάδρομες αναλύσεις για τη διερεύνηση της αλληλοεπίδρασης εδά-

φους - κατασκευών και κτιρίων αφετέρου δε να προκύψουν τελικά συμπεράσματα

τα οποία θα μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τα υπόλοιπα και μελλοντικά έργα

του Μετρό.

Ο σχεδιασμός του συστήματος ΓΔΠ και οι σχετικές μελέτες εφαρμογής λαμβάνουν

υπόψη τις γεωλογικές και γεωτεχνικές έρευνες (προκαταρκτικές, κύριες και

συμπληρωματικέ) καθώς επίσης και τις ιδιαιτερότητες των υπαρχουσών

επιφανειακών κατασκευών και κτηρίων και τον προβλεπόμενων μεθόδων

κατασκευής (ΤΒΜ, ΝΑΤΜ C&C κλπ.). Σε περίπτωση που οι προβλεφθείσες

γεωλογικές και γεωτεχνικές συνθήκες ή οι μέθοδοι κατασκευής διαφοροποιηθούν το

πρόγραμμα ΓΔΠ αναπροσαρμόζεται αναλόγως για την ικανοποιητική

παρακολούθηση και ασφαλή κατασκευή του έργου.

Τέλος, τονίζεται πως ο σχεδιασμός της ΓΔΠ εξασφαλίζει τη δυνατότητα για την

αυτοματοποιημένη εξ αποστάσεως απόκτηση των δεδομένων και την ηλεκτρονική

μεταφορά τους στη βάση δεδομένων.

68

4.2 Διαχείριση κινδύνου

Η ΓΔΠ εφαρμόζεται κατά την φάση υλοποίησης ως προαπαιτούμενο για την

εγκαθίδρυση καθεστώτος ασφάλειας για το ίδιο το έργο και τους εργαζόμενους, αλλά

συγχρόνως η σωστή εφαρμογή της ΓΔΠ μειώνει κατακόρυφα και τον εναπομένοντα

κίνδυνο στην φάση λειτουργίας του έργου εφόσον αποφεύγονται οριακές

καταστάσεις αστοχιών και κακοτεχνιών σε προσωρινές ή μόνιμες κατασκευές ή

εξοπλισμό (μόνιμη τελική επένδυση σηράγγων, διαφραγματικοί τοίχοι, ΤΒΜ, όργανα

παρακολούθησης κ.α.).

Η δυνητική μείωση του κινδύνου από την εφαρμογή ενόργανων συστημάτων Γ.Δ.Π

είναι δύσκολο να καθορισθεί και να κοστολογηθεί. Συγκεκριμένα η ποσοτικοποίηση

των πλεονεκτημάτων της δυνητικής μείωσης του κινδύνου (potential risk reduction)

σε όρους κόστους, από την εφαρμογή της ΓΔΠ σε ένα υπόγειο έργο, είναι στην

πραγματικότητα μία διαδικασία διαισθητική και ενστικτώδης. Για αυτό τον λόγο

παρατηρείται τα τελευταία χρόνια προσπάθεια ένταξης των αρχών διαχείρισης

κινδύνου κατά την εφαρμογή των συστημάτων ΓΔΠ σε υπόγεια έργα.

Το παρακάτω σχήμα 4.1 βοηθά στην κατανόηση των εναλλαγών των κινδύνων στον

κύκλο ζωής ενός έργου. Συγκεκριμένα οι καμπύλες παρουσιάζουν την μείωση των

κινδύνων και τις ευκαιρίες παρέμβασης - διόρθωσης κατά το κύκλο ζωής ενός έργου

και το πώς αυξάνει το επίπεδο διακινδύνευσης και η αξία του έργου στο ίδιο χρονικό

διάστημα. Η χρονική περίοδος πριν και μετά το σημείο τομής των δύο καμπύλων

είναι η περίοδος στην οποία η επίδραση του κινδύνου είναι σοβαρότερη και η έκθεση

σε κίνδυνο έχει το μεγαλύτερο και το χειρότερο αντίκτυπο στην επιτυχή πορεία ενός

έργου. Η έκθεση με τις σημαντικότερη επίδραση των κινδύνων, συνήθως υφίσταται

στο τέλος της φάσης υλοποίησης και στην αρχή της φάσης λειτουργίας.

69

Σχήμα 4.1: Κίνδυνοι κατά την διάρκεια ζωής ενός έργου (Bruke, 2002)

Οι συνήθεις κίνδυνοι σε ένα έργο κατηγοριοποιούνται σε διαφορετικές κατηγορίες

σε σχέση με την πιθανότητα να συμβούν και τις επιπτώσεις που μπορούν να έχουν

στο έργο και ταξινομούνται στον παρακάτω πίνακα 4.2 με τις συνήθεις τιμές

πιθανοτήτων για την κάθε κατηγορία.

.

Κατηγορία κινδύνων Πιθανότητα Κινδύνου

κατάρρευση (collapse) 3%

μεγάλο εύρος ζημιάς και αποδόμησης (major damage-disruption) 20%

κατασκευαστικές καθυστερήσεις-μη αναμενόμενη αποδοτικότητα

(construction delays-unexpected performance) 30%

αρχιτεκτονικές και δομικές ζημιές

(architectural-structural damage) 90%

Πίνακας 4.2: Κατηγορίες κινδύνων ενός έργου (Bruke, 2002)

4.2.1 Συστήματα διαχείρισης κινδύνων

Για την διαχείριση κινδύνου κατά την λειτουργία ενός συστήματος ΓΔΠ απαιτείται

να εκτελεσθούν τα παρακάτω στάδια αξιολόγησης με σειρά προτεραιότητας:

o καθορισμό ιδιαιτεροτήτων και χαρακτηριστικών έργου.

o αναγνώριση κινδύνων.

o εκτίμηση κινδύνων.

70

o ανάλυση - βαθμονόμηση κινδύνων.

o λήψη μέτρων για τον περιορισμό των κινδύνων.

o αναθεώρηση και παρακολούθηση των κινδύνων

Σχήμα 4.3: Διάγραμμα πιθανότητας – αποτελεσμάτων διαχείρισης κινδύνου έργων

(Guglielmetti et al, 2008)

Στην φάση κατά την ανάλυση των κινδύνων, πραγματοποιείται η εκτίμηση της

σοβαρότητας και της απαιτούμενης προτεραιότητας κάθε κινδύνου. Είναι μία τυπική

διαδικασία η οποία αποτυπώνεται στον πίνακα πιθανότητας αποτελέσματος που

παρουσιάζεται στο σχήμα 4.3. Οι κίνδυνοι που επιλέγονται να προσδιορισθούν και να

εκτιμηθούν διαχωρίζονται και ταξινομούνται ανάλογα με

την φύση τους (προκαλούν ευκαιρίες-θετικές ή απειλές-αρνητικές επιπτώσεις),

την προέλευση τους (εσωτερικοί και εξωτερικοί κίνδυνοι),

την δυνατότητα πρόβλεψης τους (γνωστοί ή άγνωστοι),

τις συνέπειες τους (φυσικές, κοινωνικές, νομικές, οικονομικές),

τον διαχωρισμό τους σε εγγενής (συστημικούς) ή σε αμιγείς (ειδικούς) ή σε

εξειδικευμένους.

o οι κίνδυνοι εγγενούς αβεβαιότητας που οφείλονται σε έμφυτα χαρακτηριστικά

και καλούνται και ως «συστημική» κίνδυνοι καθημερινότητας (π.χ. το

γεωλογικό προφίλ, γεωτεχνικά χαρακτηριστικά, εισροή υδάτων εντός

σήραγγας, συνήθεις διαχειρίσιμη κατάρρευση μετώπου, αρτεσιανισμός κ.α.).

Εγγενής αβεβαιότητα καλείται η διακύμανση ενός μεγέθους γύρω από μία

μέση τιμή η οποία μπορεί και πρέπει να διαχωριστεί από ένα συγκεκριμένο

κίνδυνο (Κηρυττόπουλος, 2006)

71

o οι αμιγείς κίνδυνοι που εμφανίζονται συχνότερα σε ένα υπόγειο έργο και δεν

ανήκουν στους συνήθεις καθημερινούς κινδύνους ( π.χ. διαφορικές

καθιζήσεις, υπερεκσκαφές, ρύπανση κ.α.),

o οι εξειδικευμένοι κίνδυνοι που αφορούν τα έργα σηράγγων εντός αστικής

ζώνης (π.χ. βλάβες ΤΒΜ, χαμηλός ρυθμός εκσκαφής λόγω κακής επιλογής

μηχανήματος ΤΒΜ, βλάβες δικτύων Ο.Κ.Ω, υψηλό κόστος συντήρησης

εδάφους, αρχαιολογικά ευρήματα).

Ένας εξειδικευμένος κίνδυνος είναι ο ενδεχόμενος κίνδυνος ολικής κατάρρευσης

μετώπου, ο οποίος παρουσιάζεται σε συγκεκριμένα τμήματα σηράγγων που

διαπερνούν θάλασσα ή ποτάμια και εμφανίζεται λόγω της ανεπαρκούς

υποστήριξης του μηχανήματος και των ειδικών συνθηκών. Αποτέλεσμα είναι να

προκληθεί κατάρρευση και υπερεκσκαφή με δημιουργία κενού μορφής

καμινάδας. Η «καμινάδα» συνιστά μια περατή διαδρομή, η οποία είναι δυνατόν

να φθάσει στην επιφάνεια του εδάφους (στον πυθμένα της θάλασσας) και να

επιτρέψει την είσοδο ρευστοποιημένου εδάφους και νερού εντός του μετώπου της

σήραγγας. Η εν δυνάμει ροή αυτή μπορεί να προκαλεί σταδιακά υδραυλική

διάβρωση του υλικού στις παρειές της καμινάδας και συνεχή διεύρυνση αυτής με

αντίστοιχη αύξηση της παροχής, μέχρι να προκληθεί τελικά κατάρρευση της

καμινάδας και συνέχιση των φαινομένων υδραυλικής διάβρωσης και ροής εντός

των χαλαρότερων υλικών της κατάρρευσης. Τέτοιου είδους αστοχίες μπορεί να

προκαλέσουν ανεπανόρθωτες βλάβες και είναι σημαντικό να λαμβάνονται όλα τα

απαραίτητα μέτρα. Απαιτείται να υπάρχουν άμεσα διαθέσιμα τα απαραίτητα μέσα

για την εκτέλεση εργασιών στεγανοποίησης του μετώπου, ώστε εφόσον η

κατάρρευση συμβεί, να αποφευχθεί η περαιτέρω διεύρυνση της «καμινάδας»

λόγω της υδραυλικής διάβρωσης.

Ο πίνακας του σχήματος 4.3 βοηθά στην κατάταξη και εποπτεία του κάθε κινδύνου

με βάση την πιθανότητα εμφάνισης και τις συνέπειες. Οι διαχειριστές καθορίζουν

τους κανόνες ταξινόμησης για τον κάθε κίνδυνο σε σχέση με την πιθανότητα αλλά

και τις συνέπειες-επιπτώσεις και η βαθμονόμηση του κάθε κινδύνου ξεχωριστά

πραγματοποιείται με κριτήρια και παραμέτρους που αποφασίζουν οι διαχειριστές του

έργου και παρουσιάζονται παρακάτω. Οι συνηθέστεροι παράμετροι συνεπειών που

επιλέγονται κατά την βαθμονόμηση των κινδύνων στα έργα σηράγγων είναι :

72

o Οικονομικά χαρακτηριστικά έργου (κέρδος, τραπεζικός δανεισμός έσοδα

λειτουργίας, πάγια, απόσβεση κόστους αγοράς ΤΒΜ)

o Χρονικά ορόσημα έργου (τμηματικές προθεσμίες, χρόνος παράδοσης ΤΒΜ)

o Στόχοι έργου (λειτουργικότητα, χρηστικότητα)

o Ποιότητα έργου (χρόνος ζωής, συντήρηση, αντικατάσταση, επιδιόρθωση

βλαβών και μηχανολογικού εξοπλισμού)

o Περιβάλλον (ανακύκλωση και διαχείριση υλικών εκσκαφής, πράσινη

ενέργεια, διατάραξη κοινόχρηστων χώρων, δόνηση, θόρυβος, οπτική όχληση)

o Ασφάλεια και υγεία εμπλεκόμενων στο έργο (ατυχήματα, ασθένειες, αστική-

ποινική ευθύνη, αποζημιώσεις, ασθένεια δυτών)

Αξιολογούνται για κάθε κίνδυνο οι αρνητικές συνέπειες και οι επιπτώσεις σε σχέση

με την κάθε μία παράμετρο από τις παραπάνω. Εφόσον ο κίνδυνος εμφανίζει υψηλή

πιθανότητα εμφάνισης και συγχρόνως επηρεάζει πολλές παραμέτρους συνεπειών,

τότε αυτός ο κίνδυνος βαθμονομείται υψηλά στην κλίμακα της έκθεσης.

Η πιθανότητα του κινδύνου μετράται σε ποσοστό επί τις εκατό και η βαθμονόμηση

της σφοδρότητας των συνεπειών-επιπτώσεων του κάθε κινδύνου μετράται σε

κλίμακα μονάδων όπως 1 για ασήμαντες επιπτώσεις έως 5 για σημαντικές. Το

αποτέλεσμα του πολλαπλασιασμού μεταξύ της πιθανότητας (probability) και των

συνεπειών-επιπτώσεων (impact), οδηγεί στην κατάταξη της προτεραιότητας

διαχείρισης του κάθε κινδύνου και στην ποσοτικοποίηση της έκθεσης (risk). Για την

καλύτερη βαθμονόμηση κατά τον τελικό χαρακτηρισμό των κινδύνων επιλέγεται

συνήθως η χρήση συνδυασμού:

o περιγραφικών όρων (όπως αμελητέος, χαμηλός, μέσος, υψηλός, σημαντικός),

o χρωμάτων (όπως πράσινο, κίτρινο, κόκκινο)

o αριθμητικών τιμών (όπως 0.01, 0.10, 0.60)

4.2.2 Ανάλυση κόστους οφέλους

Μετά από βιβλιογραφική έρευνα, συγκεντρώθηκαν στοιχεία κόστους για την

εφαρμογή και λειτουργία ενός απαιτητικού συστήματος Γεωμηχανικής Δομητικής

Παρακολούθησης (Γ.Δ.Π) σε ένα πολύπλοκο υπόγειο έργο. Κατά μία έννοια η ΓΔΠ

αποτελεί μία ακριβή λύση, εφόσον το κόστος μπορεί να ξεκινά από 0,5% και φτάνει

μέχρι 2.5% του συνολικού προϋπολογισμού κατασκευής ενός έργου εντός αστικής

73

ζώνης (G. Galoni & L. Magni Sisgeo), αλλά για να κριθεί και να εξαχθούν

συμπεράσματα απαιτείται να εκτελεσθεί η ανάλυση κόστους οφέλους.

Οι αναλύσεις κόστους-οφέλους που εφαρμόζονται συνολικά σε ένα υπόγειο έργο ή

τμηματικά σε δραστηριότητες του έργου, τείνουν να δίνουν σημαντικές πληροφορίες

για το κόστος που δαπανάται για την απόκτηση στοιχείων οφέλους όπως ασφάλειας,

ταχύτητας, ποιότητας και λειτουργικότητας. Βασική προϋπόθεση για την ανάλυση

κόστους – οφέλους είναι η σύγκριση του κόστους των εναλλακτικών σεναρίων σε

σχέση με την αναμενόμενη χρησιμότητά και αποδοτικότητα. Το σχήμα 4.4

παρουσιάζει για ένα σύνηθες έργο, την σχέση μεταξύ του κόστους και του οφέλους

κατά την εκτέλεση των απαιτούμενων γεωτεχνικών ερευνών. Παρατηρείται ότι με

εκθετική τάση, όσο προχωράει η γεωτεχνική έρευνα τόσο αυξάνεται το όφελος σε

ένα έργο και αντίστοιχα και το κόστος.

Σχήμα 4.4: Διάγραμμα σχέσης κόστους οφέλους τυπικού προγράμματος έρευνας γεωτεχνικού

σχεδιασμού (Β. Μαρίνος, Α.Π.Θ 2014)

Σε αντίθεση με τα συνήθη έργα, στις αστικές σήραγγες η σχέση κόστους οφέλους από

την εκτέλεση ενός ολοκληρωμένου συστήματος Γ.Δ.Π είναι πολυπλοκότερη και

περιγράφεται αναλυτικά παρακάτω από εξειδικευμένη έρευνα για υπόγεια έργα που

έλαβε υπόψη την κοινοτική οδηγία 2005/54/EC (Vagiokas). Η εφαρμογή της

ανάλυσης κόστους-οφέλους κατά τον κύκλο ζωής ενός υπόγειου έργου περιγράφεται

παρακάτω και απεικονίζεται στο σχήμα 4.5, (Vagiokas N/ Enalos 2012).

Περιλαμβάνει τον προσδιορισμό:

o της καθαρής παρούσας αξίας για οποιαδήποτε είδους κόστους (Net Present

Value)

o του κόστους των συνολικών επενδύσεων που αφορούν την λήψη μέτρων

ασφάλειας Csm, (Cost for safety measures)

74

o τoυ κόστους μείωσης του υπολειπόμενου κινδύνου Crr (Cost residual risk).

Σχήμα 4.5: Διάγραμμα ανάλυσης Κόστους /Οφέλους - Προσδιορισμός σημείου ελάχιστου

κόστους ( N. Vagiokas – Enalos Ltd, 2012)

Σύμφωνα με την προτεινόμενη μεθοδολογία η ανάλυση του κόστους-οφέλους για τον

προσδιορισμό των απαιτήσεων μελέτης, κατασκευής και λειτουργίας υπογείων έργων

μπορεί να αποτυπωθεί σε μία απλή μαθηματική εξίσωση.

Ct = Csm + Crr

Προσδιορίζεται ότι το συνολικό κόστος (Ct) στην αναμενόμενη διάρκεια ζωής ενός

έργου, για την ασφαλή λειτουργία μιας δραστηριότητας (π.χ. η δραστηριότητα της

ΓΔΠ), είναι ίσο με το άθροισμα του συνολικού κόστους των μέτρων ασφαλείας

(Csm) και του συνολικό κόστος του υπολειπόμενου κινδύνου (Crr )

Στο σχήμα 4.5, παρουσιάζεται ο τρόπος υπολογισμός του συνολικού κόστους στoν

κύκλο ζωής ενός έργου μέσω του κόστους Csm και του κόστους Crr. Συγκεκριμένα

στον κάθετο άξονα αριθμείται το κόστος (Ct, Csm, Crr), ενώ στον οριζόντιο άξονα ο

εναπομένων υπολειπόμενος κίνδυνος. Παρατηρείται ότι στο σημείο τομής των δύο

καμπύλων, υφίσταται το σημείο όπου ελαχιστοποιείται το συνολικό κόστος, και

δηλαδή εκεί όπου το άθροισμα των δύο δεικτών (Csm, Crr) παρουσιάζει την

χαμηλότερη δυνατή τιμή. Κοινώς δίνεται η δυνατότητα στους διαχειριστές ενός

υπογείου έργου, να προσδιορίζουν το σημείο στο οποίο επιτυγχάνεται η καλύτερη

σχέση κόστους οφέλους για μία συγκεκριμένη δραστηριότητα ή ένα σύστημα όπως

είναι η ΓΔΠ.

75

Ακολουθούν τα τέσσερα στάδια που εφαρμόζονται κατά την εκτέλεση μίας ανάλυσης

κόστους-οφέλους:

1. Καταγραφή κόστους: αρχικά συλλέγονται και καταγράφονται τα κόστη που

προκύπτουν από τα πιθανά εναλλακτικά σχέδια και σενάρια. Κατά την κοστολόγηση

απαραίτητο είναι να συνεκτιμηθεί το κόστος επιπτώσεων που προκύπτουν στις

διάφορες φάσεις ενός υπόγειου έργου (κόστος βλαβών, συντήρησης, έσοδα

χρήσης/εκμετάλλευσης έργου, αστικής –ποινικής ευθύνης βλαβών – ατυχημάτων,

επιπρόσθετων μελετών, κόστος υπερεκσκαφών/κατολισθήσεων, κόστος πλημμυρών,

κ.α.).

2. Εκτίμηση ωφελειών: ως δεύτερο βήμα καλείται η διαδικασία εκτίμησης των

ωφελειών του κάθε εναλλακτικού σεναρίου ξεχωριστά. Κατά την ανάλυση πρέπει να

συνεκτιμηθούν τυχόν μελλοντικά οφέλη από τους παράγοντες επιρροής σε ένα

υπόγειο έργο. Θα πρέπει να είστε σε θέση να αποκομίσετε το μελλοντικό όφελος των

εναλλακτικών λύσεων από τους ήδη αναφερόμενους παράγοντες.

3. Σύγκριση δαπανών / ωφελειών: στο στάδιο αυτό το κόστος αντιπαραβάλλεται με τα

οφέλη με στόχο την ακριβή ποσοτικοποίηση και κατάληξη σε οικονομικά μεγέθη και

ποσά.

4. Σύγκριση των εναλλακτικών λύσεων: ανάλογα με τα αποτελέσματα του τρίτου

βήματος η ανάλυση εκτιμά το κόστος και δικαιολογεί/συνδέει τα οφέλη και τα

επιχειρήματα που έχουν καταγραφεί στα 3 πρώτα στάδια και δικαιολογεί τα οφέλη

από την χρήση.

Τελικός μετά την εφαρμογή των παραπάνω 4 σταδίων, καλούνται οι διαχειριστές του

έργου ή της δραστηριότητας, να προβούν στην λήψη αποφάσεων, κατάλληλων

μέτρων και προληπτικών ενεργειών.

4.2.3 Πλεονεκτήματα κατά την διαχείριση κινδύνων

Η ενσωμάτωση ενός συστήματος διαχείρισης κινδύνων κατά τον σχεδιασμό και την

λειτουργία της ΓΔΠ συνοδεύεται από πλεονεκτήματα γιατί :

o Βαθμονομεί και εκτιμά τους κινδύνους, εστιάζοντας στους σοβαρότερους .

o Βοηθά στην γρηγορότερη λήψη μέτρων και αποφάσεων για την ολοκληρωτική

διόρθωση, μειώνοντας τις βραχυπρόθεσμες συνέπειες και την δυνητικά

αυξανόμενη επικινδυνότητα μακροπρόθεσμα καθώς το έργο εκτελείται.

76

o Ελέγχει τις παραμέτρους αβεβαιότητας που αποτελούν αναπόσπαστο κίνδυνο σε

κάθε υπόγειο κατασκευαστικό έργο.

o Ιεραρχεί και οργανώνει τους φορείς λήψης αποφάσεων, βοηθώντας τους

εμπλεκόμενους στην ΓΔΠ να ακολουθήσουν τυποποιημένες διαδικασίες κατά την

εμφάνιση ενός κινδύνου. Βοηθά στην εξάλειψη των διαφωνιών ανάμεσα στους

διαχειριστές κατά την λήψη αποφάσεων.

o Αναγνωρίζονται η ευκαιρίες ευκολότερα κατά την εκτέλεση του έργου με

αποτέλεσμα να αυξάνεται η αποδοτικότητα (καλύτερη χρήση και εκμετάλλευση

του μηχανολογικού εξοπλισμού στο έπακρο)

4.3 Ζώνη επιρροής

Στα πλαίσια της μελέτης εφαρμογής της ΓΔΠ προσδιορίζεται η ζώνη επιρροής του

έργου. Συνηθίζεται ως δεδομένο, να επιβάλλεται η ελάχιστη ζώνη επιρροής για ένα

υπόγειο έργο. Στο σχήμα 4.6 απεικονίζεται η ζώνη επιρροής σε 3 διαστάσεις. Η ζώνη

επιρροής του έργου προκύπτει από υπολογισμούς που καθορίζονται στις

προδιαγραφές κάθε έργου και είναι πάντα μεγαλύτερη ή ίση της ελάχιστης

συμβατικής ζώνης επιρροής

Σχήμα 4.6: 3D απεικόνιση περιοχής καθιζήσεων (Attewell 1986)

77

Οι ελάχιστες διαστάσεις της ζώνης επιρροής σε συνδυασμό με τα γεωμετρικά

χαρακτηριστικά της κατασκευής αποτελούν συμβατικό αντικείμενο και

παρουσιάζονται στο σχήμα 4.8 σε μορφή τομών για ανοικτή εκσκαφή αλλά και

συνήθη διατομή σήραγγας ΤΒΜ. Τα στοιχεία του σχήματος 4.8 αποτελούν

συμβατική υποχρέωση της ελάχιστης ζώνης επιρροής που πρέπει να τηρηθεί αλλά

κατά την εκτέλεση της μελέτης εφαρμογής της Γ.Δ.Π από τον ανάδοχο η ζώνη

επιρροής επανα-υπολογίζεται. Εντός της ζώνης επιρροής εντάσσονται ολοκληρωτικά

τα κτίρια και όχι μέρη αυτών. Το πλάτος και το εύρος της ζώνης στηρίζεται στις

θεωρητικές καμπύλες εγκάρσιων μετακινήσεων που έχουν αποδειχθεί ότι

προσομοιώνουν αληθώς την συμπεριφορά του εδάφους και παρουσιάζονται στο

σχήμα 4.7. Στις δύο τομές του σχήματος 4.8, η ζώνη επιρροής έχει ένα σύνηθες

τραπέζιο σχήμα με την μικρή έδρα του τραπεζίου να βρίσκεται σε βάθος 5μ κάτω από

τις κατασκευές.

Σχήμα 4.7: Διάγραμμα καθιζήσεων εγκάρσιας διεύθυνσης (Franzius 2003)

Πέραν της συμβατικής ζώνης συνηθίζεται να υπάρχει και μια προ-ζώνη 20-30 μέτρων

πέραν των άκρων της ζώνης επιρροής, στην οποία τοποθετούνται μόνο τοπογραφικοί

μάρτυρες και λαμβάνονται μετρήσεις που περιλαμβάνονται στην Γ.Δ.Π.

Στο παράρτημα Γ.2 και συγκεκριμένα τα σχήματα Γ.2.7 και Γ.2.8, απεικονίζουν την

περιοχή ζώνης επιρροής του σταθμού του Ελληνικού. Στα ίδια σχήματα με έγχρωμη

διαγράμμιση απογράφονται και παρουσιάζονται (π.χ. πράσινη διαγράμμιση για τα

κτίρια με χαμηλή επικινδυνότητα) τα κτίρια σε σχέση με το επίπεδο σχετικής

διακινδύνευσης.

78

Σχήμα 4.8: Τομές απεικόνισης συμβατικής Ζώνης Επιρροής σε τμήμα Σήραγγας και τμήμα

Ανοικτής Εκσκαφής (Αττικό Μετρό 2007)

Κατά την διάρκεια της κατασκευής του έργου, από τις επεξεργασμένες μετρήσεις της

Γ.Δ.Π, ελέγχεται και αναπροσαρμόζεται το εύρος της ζώνης επιρροής, σύμφωνα με

διεθνής συμβατικές προδιαγραφές. Το σύνολο των οργάνων που απαιτεί η Γ.Δ.Π,

τοποθετούνται κατά βάση εντός της ζώνης επιρροής του έργου.

79

Σχήμα 4.9: Οθόνη σε παραθυρικό περιβάλλον απεικόνισης ζώνης επιρροής και κτιρίων σε

οριζοντιογραφικό υπόβαθρο της περιοχής του σταθμού ανοικτής εκσκαφής

(Kronos, Αττικό Μετρό)

Στο σχήμα 4.9 παρουσιάζεται η ζώνη επιρροής ενός σταθμού, όπως απεικονίζεται σε

παραθυρικό περιβάλλον οθόνης από την βάση δεδομένων έργου του Αττικού Μετρό.

Επίσης διακρίνεται και η χάραξη της δίδυμης διατομής σήραγγας και το πώς

διέρχεται από τον συγκεκριμένο σταθμό.

4.3.1 Όρια επιφυλακής, συναγερμού και τιμές αναφοράς

Τα όρια επιφυλακής, συναγερμού και οι τιμές αναφοράς υποδεικνύουν το πότε πρέπει

να εκτελείται ένα σχέδιο αντιμετώπισης έκτακτων καταστάσεων. Οι ρυθμοί

μεταβολής και τιμές αναφοράς λειτουργούν ως παράμετροι μέτρησης

επικινδυνότητας και ενδεχόμενης οριακής αστοχίας.

Το όριο επιφυλακής που μπορεί να εκφράζεται ως αριθμός ή ως ρυθμός μεταβολής,

υποδεικνύει πιθανό επερχόμενο πρόβλημα. Εφόσον γίνει υπέρβαση του ορίου

επιφυλακής, τότε η υπηρεσία της Γ.Δ.Π πρέπει να λάβει τα απαραίτητα μέτρα και να

εκτελέσει τους απαραίτητους επανέλεγχους. Τα μέτρα αντιμετώπισης και ελέγχου

εκτελούνται συνεχώς και επανακαθορίζονται μέχρι να αρθεί ο πιθανός κίνδυνος.

80

Αντίστοιχα το όριο συναγερμού υποδεικνύει ενδεχόμενη εμφάνιση μη αποδεκτών

αστοχιών και βλαβών. Εφόσον πραγματοποιηθεί υπέρβαση των ορίων συναγερμού,

τότε επιβάλλεται άμεση λήψη προκαθορισμένης δέσμης μέτρων και ελέγχων. Οι

τιμές αναφοράς υπολογίζονται από τον μελετητή και αφορούν τις οριακές συνθήκες

του συστήματος εδάφους.

Τα μέτρα που πρέπει να λαμβάνονται κατά την υπέρβαση των ορίων επιφυλακής

είναι ποιο μετριοπαθή σε σχέση με την λήψη μέτρων κατά την υπέρβαση των ορίων

συναγερμού.

Πίνακας 4.10: Συμβατικές τιμές Ορίων Επιφυλακής και Ορίων Συναγερμού

(Αττικό Μετρό Γρ. 2 / Ελληνικό - Αγ. Δημήτριος, Αθήνα, 2007)

Στου πίνακες 4.10 και 4.11 παρουσιάζονται οι συμβατικές τιμές των ορίων

επιφυλακής και των ορίων συναγερμού για δύο διαφορετικά έργα που εκτελούνται

από την ίδια διεύθυνση της Α.Μ. Παρατηρείται ότι οι οριακές τιμές επιφυλακής ή

συναγερμού για τιμές ολικής καθίζησης, γωνιακής παραμόρφωσης, οριζόντιας

παραμόρφωσης αλλά και του ρυθμού μεταβολής ανοίγματος ρωγμής, μεταβάλλονται

81

από το ένα έργο στο άλλο και δεν είναι σταθερές. Συγκεκριμένα οι τιμές που

ορίσθηκαν ως όρια επιφυλακής και συναγερμού για το έργο του μετρό Θεσσαλονίκης

είναι αισθητά ποιο ελαστικές σε σχέση με τις αντίστοιχες της Αθήνας. Κατά την

εκτέλεση της μελέτης εφαρμογής της Γ.Δ.Π, επανα-υπολογίζονται επακριβώς τα

όρια, οι ρυθμοί μεταβολής και οι τιμές αναφοράς, και οι οποίες δεν πρέπει να είναι

ελαστικότερες από αυτές που υποδεικνύονται στους πίνακες 4.10 και 4.11.

Πίνακας 4.11: Συμβατικές τιμές Ορίων Επιφυλακής και Ορίων Συναγερμού

(Αττικό Μετρό Θεσσαλονίκη, 2007)

Κατά την εκτέλεση των μελετών υπολογίζονται τα αναμενόμενα όρια τιμών

αναφοράς, των ορίων επιφυλακής και των ορίων συναγερμού. Παρακάτω

παρουσιάζονται οι αναμενόμενες τιμές καθίζησης και παραμόρφωσης (γωνιακής και

οριζόντιας) που έχουν υπολογισθεί κατά την λεπτομερειακή οριστική μελέτη της

εκσκαφής & προσωρινής υποστήριξης του σταθμού του Ελληνικού και οι οποίες

καλούνται τιμές αναφοράς. Κατά την κατασκευή αυτές οι τιμές επαναξιολογούνται

και διορθώνονται.

82

o Μέγιστη Υπολογιζόμενη καθίζηση εντός της συμβατικής ζώνης επιρροής

(mm) : 11 χιλ

o Μέγιστη Υπολογιζόμενη Γωνιακή Παραμόρφωση: 1:4200 (10χιλ : 42 μέτρα)

o Μέγιστη Υπολογιζόμενη Οριζόντια Παραμόρφωση (%) : <<0.15 % (σχεδόν

μηδενική)

Πίνακας 4.12: Μεθοδολογία μετρήσεων υπολογισμού Τιμών Αναφοράς

(Αττικό Μετρό Γρ. 2 / Ελληνικό - Αγ. Δημήτριος, Αθήνα, 2007)

Στον πίνακα 4.12 παρέχονται οι πληροφορίες και η μεθοδολογία για την λήψη των

μηδενικών μετρήσεων και τον υπολογισμό των τιμών αναφοράς, για κάθε είδος

υπόγειας κατασκευής. Η μέτρηση κατά τον προσδιορισμό της τιμής αναφοράς πρέπει

να λαμβάνεται πολλές φορές μέχρι να καθορισθεί η τελική τιμή αναφοράς.

Τα συνηθέστερα μέτρα αντιμετώπισης οριακών καταστάσεων αστοχίας και

περιορισμού των μετακινήσεων και των παραμορφώσεων κατά την κατασκευή,

παρουσιάζονται παρακάτω. Ο ρυθμός προσέγγισης των ορίων επιφυλακής και

συναγερμού, υποδεικνύει ποια μέτρα και πότε πρέπει να εφαρμόζονται:

83

o πλήρης επανέλεγχος των δεδομένων των γεωμηχανικών μετρήσεων και των

κατασκευαστικών φάσεων (περαιτέρω ανάλυση των δεδομένων μαζί με τον

μελετητή)

o αύξηση της συχνότητας λήψης μετρήσεων έως ότου ο ρυθμός μεταβολής των

ενδείξεων γίνει ικανοποιητικός και συγκεκριμένα έως ότου ο ρυθμός μεταβολής

κάποιας παραμέτρου δεν υποδεικνύει πιθανό πρόβλημα.

o εγκατάσταση και χρήση πρόσθετων οργάνων μέτρησης προκειμένου να

παρακολουθηθεί εντατικότερα ο ρυθμός μεταβολής των παραμορφώσεων.

o διακοπή των κατασκευαστικών δραστηριοτήτων.

o αποκλεισμός και εκκένωση μη ασφαλών κατασκευών και χώρων, εκτροπή του

ρεύματος κυκλοφορίας των οχημάτων.

o επιθεώρηση των κατασκευών που πιθανώς θα μπορούσαν να επηρεαστούν από τις

εν λόγω μετακινήσεις και καταγραφή τυχόν ορατών επιπτώσεων.

o μικρές αλλαγές στην αλληλουχία των κατασκευαστικών φάσεων.

o αναθεώρηση της κατασκευαστικής μεθόδου για κάποια τμήματα

o αύξηση των μέτρων υποστήριξης και επανέλεγχο υφισταμένων

o ετοιμότητα μηχανών έργου και εξοπλισμού (εκτοξευόμενου σκυροδέματος

διατρητικού μηχανήματος) για άμεση εφαρμογή πρόσθετων μέσων υποστήριξης

o ενημέρωση των αρμόδιων Αρχών, σε περίπτωση ανάγκης λήψης δραστικότερων

μέτρων και επεμβάσεων

4.4 Έλεγχος τρωτότητας κτιρίων

Πριν τον τελικό σχεδιασμό των συστημάτων ΓΔΠ απαιτείται να εκτελεσθεί μελέτη

δομικής τρωτότητας των κτιρίων (dilapidation) και των κατασκευών που βρίσκονται

εντός της ζώνης επιρροής του έργου. Στο πλαίσιο της μελέτης, εκτελείται αναλυτική

απογραφή όλων των κατασκευών σε σχέση με κρίσιμους δομοστατικούς

παραμέτρους. Στο παράρτημα Γ.2 και στους πίνακες Γ.2.4 και Γ.2.4.1 που

ονομάζονται αντίστοιχα πίνακες απογραφής ειδικής τρωτότητας και σχετικής

διακινδύνευσης, συγκεντρώνονται πληροφορίες που συλλέχθηκαν και αναλύθηκαν

και αφορούν κτίρια που βρίσκεται εντός της ζώνης επιρροής του σταθμού Ελληνικού

(βλ. παράρτημα Γ.2.1, Γ.2.2).

84

Η κάθε κατασκευή αριθμείται και εξετάζονται παράμετροι σχετική με την διαφορική

επικινδυνότητα. Καταγράφονται στοιχεία από τις οικοδομικές άδειες και

αναζητούνται στοιχεία θεμελίωσης, ύψους, παλαιότητας, δομικός τύπος φέροντος

οργανισμού ή ακόμα και εμφανείς βλάβες και ρωγμές. Στην συνέχεια ταξινομείται η

ευαισθησία ανά κτίριο αλλά και το επίπεδο σχετικής διακινδύνευσης (πίνακας

Γ.2.4.1). Εφόσον η μελέτη τρωτότητας εκτελεσθεί συγκροτημένα και εφόσον

συλλεχθούν αρκετά στοιχεία, τότε θα προκύψουν αποτελέσματα βέβαιου χαρακτήρα

που θα βαθμονομήσουν με ακρίβεια το κτίριο σε τρεις κατηγορίες σχετικής

διακινδύνευσης (χαμηλής, μέτριας, υψηλής). Ανάλογα την κατηγορία σχετικής

διακινδύνευσης, τοποθετείται ο κατάλληλος αριθμός και τύπος οργάνων.

Σχήμα 4.13: Απεικόνιση μετακινήσεων λόγω αστοχίας μετώπου σε Slurry Shield TBM

(facesupport.org)

Κατά την απογραφή, αποτιμάται και οι σπουδαιότητα των κτηρίων και των

κατασκευών πλησίον του Σταθμού του Ελληνικού. Η σπουδαιότητα (Σ1, Σ2, Σ3)

προκύπτει με βάση τα κριτήρια που ορίζονται σε συμβατικά έγγραφα όπως είναι οι

προδιαγραφές μελετών υπογείων έργων αλλά και από κρατικούς κανονισμούς

(Ελληνικός Αντισεισμικός κανονισμός 2000). Με την τοποθέτηση των οργάνων στα

κτίρια και τις κατασκευές, δίνεται η δυνατότητα να καταγραφούν στοιχεία και μετά

από επεξεργασία να υπολογισθεί η γωνιακή και πλευρική παραμόρφωση, όπως

παρουσιάζεται στο παρακάτω σχήμα 4.14.

85

Οι δύο παράμετροι γωνιακής και πλευρικής παραμόρφωσης προτείνεται να

υπολογίζονται για ειδικά κτίρια, για κτίρια υψηλής σπουδαιότητας αλλά και παλιές

κατασκευές άνω των 50 ετών, εφόσον μέσω διαγραμμάτων (βλ. σχήμα 4.17) μπορεί

να αξιολογείται και να κατατάσσεται η βλάβη για κάθε κτίριο.

Σχήμα 4.14: Απεικόνιση τύπων γωνιακής παραμόρφωσης β και πλευρικής παραμόρφωσης εL

(Guglielmetti, 2008)

Κατά την απογραφή των κτιρίων, ιδιαίτερη σημασία δίνεται για το δομικό σκελετό,

τον φέρον οργανισμό και τον δομικό τύπο του κτιρίου με στόχο να προβλεφθεί

εμμέσως ο συντελεστής ακαμψίας του κάθε κτιρίου. Στην Ελλάδα λόγω της συνήθης

εμφάνισης σεισμικών φορτίσεων, οι περισσότερες κατασκευές των τελευταίων

σαράντα (40) χρόνων έχουν μελετηθεί και διαστασιολογηθεί για συνήθεις σεισμικές

καταπονήσεις, οδηγώντας σε στιβαρές, δύσκαμπτες και άκαμπτες κατασκευές από

οπλισμένο σκυρόδεμα.

Σχήμα 4.15: Διάγραμμα αρχών θεωρητικής εγκάρσιας μετακινήσεις - Gaussian Καμπύλη

(Mair 2013)

86

Η έρευνα που παρουσιάζεται αναλυτικά παρακάτω αποδεικνύει ότι όσο ποιο άκαμπτη

μία κατασκευή, τόσο μικρότερη η καταπόνηση και οι βλάβες λόγω διαφορικών

μετακινήσεων και καθιζήσεων. Συγκεκριμένα, διεξήχθη έρευνα (Mair 2013) που

αναλύει το πως διαφορετικής ακαμψίας κτίρια, που βρίσκονται εντός της ζώνης

επιρροής, ανταποκρίνονται στις πραγματικές μετακινήσεις που συμβαίνουν λόγω

διέλευσης μιας σήραγγας.

Σχήμα 4.16: Διάγραμμα ανταπόκρισης μετακινήσεων λόγω διάνοιξης σήραγγας κτιριακών

μοντέλων διαφορετικής ακαμψίας (RJ Mair, IOS Press 2013)

Στο διάγραμμα του σχήματος 4.15 παρουσιάζεται το θεωρητικό υπόβαθρο της

έρευνας, ενώ στο σχήμα 4.16 αναλύονται οι πραγματικές μικρό-μετακινήσεις κτιρίων

που συνέβησαν στην εγκάρσια διεύθυνση σε σχέση με τον άξονα της σήραγγας και

αφορούν τέσσερα είδη κτιρίων, διαφορετικού δείκτη δυστμησίας (ακαμψίας) το

καθένα (STR-1 έως STR-4). Στο διάγραμμα ορίσθηκαν ως τιμές αναφοράς, οι

πραγματικές τιμές που καταγράφηκαν ως μετακινήσεις και συνέβησαν σε ελεύθερο

πεδίο ενός πρασίνου κενού χώρου (Green Field GF-1). Παρατηρήθηκε ότι όσο ποιο

άκαμπτο και δύσκαμπτο ένα κτίριο, τόσο χαμηλότερες οι καταγεγραμμένες

μετακινήσεις και οι παραμορφώσεις (κτίριο STR-4). Αντίθετα όσο ποιο ελαστικό,

εύπλαστο και ελαφριάς κατασκευής το κτίριο (με χαμηλό δείκτη ακαμψίας) τόσο

μεγαλύτερης κλίμακας μετακινήσεις συνέβησαν που ταυτίζονταν στην ανταπόκριση

της γραμμής αναφοράς του ελεύθερου πεδίου(κτίριο STR-1).

87

Με βάση την παραπάνω καταγραφή και τον υπολογισμό του συντελεστή της σχετικής

δυστμησίας F (ακαμψίας) λόγω των φορτίσεων, ταξινομήθηκαν οι κατασκευές σε 5

κατηγορίες ακαμψίας που παρουσιάζονται παρακάτω:

o F = 0.0 Άκαμπτη κατασκευή, παραλαμβάνει ολόκληρο το φορτίο χωρίς την

παρουσία διατμητικής παραμόρφωσης (αμελητέες βλάβες)

o F < 1.0 Κατασκευή σχετικά δύσκαμπτη ως προς το έδαφος οπότε θα υποστεί

μικρότερες παραμορφώσεις από το έδαφος (εμφανής βλάβες)

o F = 1.0 Κατασκευή και έδαφος ίσης δυσκαμψίας οπότε η κατασκευή θα δεχθεί τις

ίδιες παραμορφώσεις του ελευθέρου πεδίου (ελαφριές βλάβες)

o F > 1.0 Η διατμητική παραμόρφωση της κατασκευής υπερβαίνει αυτής του

εδάφους (μέτριες βλάβες)

o F >> 1.0 Κατασκευή υπερβολικά εύκαμπτη έως ανύπαρκτη με αποτέλεσμα να

έχουμε διατμητικές παραμορφώσεις (μεγάλες βλάβες)

Με την χρήση του σχήματος 4.17, δίνεται η δυνατότητα γρήγορα και εύκολα να

κατατάσσεται και να ταξινομείται η βλάβη λόγω γωνιακής και επιφανειακής

παραμόρφωσης, που έχει υποστεί ένα κτίριο, είτε λόγω μετακινήσεων ή

διαφορικών καθιζήσεων. Τέτοιου είδους διαγράμματα χρησιμοποιούνται συνήθως

από εκτιμητές ασφαλιστικών εταιρειών, που κατατάσσουν βλάβες κτιρίων και

κοστολογούν εργασίες αποκατάστασης.

Σχήμα 4.17: Διάγραμμα κατάταξης βλαβών κτιρίων σε σχέση με την γωνιακής παραμόρφωσης

και πλευρικής παραμόρφωσης εL (Cording et al 2008 )

88

Επίσης για τον έλεγχο της μελέτης δομικής τρωτότητας αλλά της ΓΔΠ, επιλέγεται να

επεξεργάζονται τα πραγματικά δεδομένα μετακινήσεων και να συγκρίνονται με τα

μελετητικά δεδομένα που προκύπτουν κατά την φάση σχεδιασμού του έργου.

Σχήμα 4.18: Διάγραμμα θεωρητικής vs πραγματικής υποχώρησης (μ) επιφάνειας εδάφους, έργου

«Porto Metro» (Guglielmetti, 2008)

Στο παραπάνω σχήμα 4.18 απεικονίζονται σε αντιπαραβολή πραγματικά δεδομένα

υποχώρησης από μία αστική σήραγγα σταθερής τροχιάς, ενάντια των αντίστοιχων

θεωρητικών δεδομένων μελέτης της καμπύλης καθιζήσεων. Αυτή η αντίθετης φοράς

μελέτη ανάλυσης (back analysis) βοηθά στον σωστότερο επανασχεδιασμό των

μελετών και τον επαναπροσδιορισμό των τιμών αναφοράς, των ορίων επιφυλακής και

των ορίων συναγερμού.

4.5 Οργανωτική δομή

Για την εκτέλεση της ΓΔΠ απαιτείται να συγκροτείται εξειδικευμένη ομάδα από

επιστημονικό και τεχνικό προσωπικό, καλούμενη ως «Υπηρεσία ΓΔΠ» που μέλημα

είναι η οργάνωση και ο σχεδιασμός του συνόλου της Γεωμηχανικής και Δομητικής

Παρακολούθησης. Η υπηρεσία ΓΔΠ θα πρέπει να οργανώνεται και να στελεχώνεται

από έμπειρο προσωπικό πλήρους και αποκλειστικής απασχόλησης. Το ειδικευμένο

προσωπικό της Υπηρεσίας είναι υπεύθυνο για την:

89

o οργάνωση και το σχεδιασμό του αυτοματοποιημένου συστήματος

παρακολούθησης (ΑΣΠ)

o εγκατάσταση των οργάνων,

o εκτέλεση, την λήψη και την επεξεργασία των μετρήσεων,

o αξιολόγησή τους, την παρακολούθηση των γεωλογικών και γεωτεχνικών

ερευνών και μελετών,

o συντήρηση και λειτουργία της βάσης δεδομένων,

o σύνταξη των εκθέσεων αποτελεσμάτων.

Ο φόρτος εργασίας της υπηρεσίας ΓΔΠ είναι μεγάλος γιατί συνηθίζεται βάση των

διεθνών προδιαγραφών να απαιτείται η υποβολή εκθέσεων των αποτελεσμάτων ανά

ημέρα, εβδομάδα και μήνα αλλά και η τελική έκθεση αποτελεσμάτων που αποτελεί

μητρώο του έργου. Η υπηρεσία ΓΔΠ πρέπει να εκτελεί συχνές συσκέψεις με όλα τα

εμπλεκόμενα μέρη αλλά και να διατηρεί συνεχή επικοινωνία με το τμήμα

δομοστατικής και δομητικής παρακολούθησης των κτηρίων και των κατασκευών.

Παρακάτω παρουσιάζεται μία τυπική διάρθρωση του οργανογράμματος της

υπηρεσίας ΓΔΠ του έργου επέκτασης της γραμμής 2 του Α.Μ.

Σχήμα 4.19: Οργανόγραμμα Προσωπικού Αναδόχου Κατασκευής Γ.Δ.Π (Αττικό Μετρό 2007)

Για προσωρινό χρονικό διάστημα, υπάρχουν υπεύθυνοι τεχνικοί υπολογιστών που

αναλαμβάνουν την εγκατάσταση, την δοκιμαστική λειτουργία, τον χειρισμό και την

εκμάθηση της βάσης δεδομένων στους υπόλοιπους χρήστες κατά την αρχική περίοδο

90

λειτουργίας και για όσο χρονικό διάστημα απαιτείται. Επίσης η συντήρηση της βάσης

δεδομένων αποτελεί σημαντική λειτουργία η οποία δεν θα πρέπει να παραμελείται.

Συγχρόνως συνηθίζεται σε πυκνά χρονικά διαστήματα, να κρατείται αντίγραφο

ασφαλείας των πρωτογενών στοιχείων των μετρήσεων, των υπολογισμών και των

αποτελεσμάτων, τα οποία θα πρέπει να είναι διαθέσιμα στους υπόλοιπους φορείς του

έργου (επίβλεψη, διαχειριστής κ.α.). Η υπηρεσία ΓΔΠ αναλαμβάνει να συλλέξει όλες

τις απαραίτητες πληροφορίες, να συντάξει και να υποβάλει προς έγκριση τις μελέτες

εφαρμογής της ΓΔΠ για κάθε ένα από τα τμήματα του Έργου. Σε αυτές τις μελέτες

λαμβάνονται υπόψη :

οι προτεινόμενες μέθοδοι κατασκευής,

οι γεωλογικές - γεωτεχνικές μελέτες,

η έκταση της ζώνης επιρροής,

οι τιμές αναφοράς

τα όρια επιφυλακής - συναγερμού,

τα στοιχεία της Μελέτης Ειδικής Τρωτότητας και Σχετικής Επικινδυνότητας

Κτιρίων και Κατασκευών

το σύνολο των πληροφοριών οι οποίες κρίνονται απαραίτητες.

Η αξιολόγησή των αποτελεσμάτων, σχετικά με την ποιότητά τους και την αξιοπιστία

τους, εκτελείται σε καθημερινή βάση από τον υπεύθυνο της ΓΔΠ και σε συνεργασία

με τους υπόλοιπους υπεύθυνους που ορίζει το οργανόγραμμα της βάσης δεδομένων,

των γεωλογικών εργασιών, των λοιπών οργάνων, των τοπογραφικών συνεργείων).

Από την ανωτέρω αξιολόγηση θα προκύψουν χρήσιμα στοιχεία κατά ελάχιστον για :

το καθορισμό τυχόν ανώμαλων μετρήσεων

την κατηγοριοποίηση - επισήμανσή τους στα σχετικά διαγράμματα ή πίνακες

την ενεργοποίηση διαδικασίας διενέργειας επανελέγχου μετρήσεων εφόσον

απαιτηθεί

τον εντοπισμό της μεταβολής των μετρούμενων παραμέτρων

την συσχέτιση με τα όρια επιφυλακής - συναγερμού ή/και τις τιμές αναφοράς

την οριστικοποίηση και απόφαση για την κοινοποίηση των τελικών

αξιολογημένων αποτελεσμάτων προς όλους τους εμπλεκόμενους φορείς.

91

4.5.1 Βάση δεδομένων - Β.Δ

Στο κεφάλαιο που ακολουθεί παρουσιάζονται αναλύονται τα λειτουργικά συστήματα

βάσης δεδομένων που εφαρμόσθηκαν σε υπόγειες αστικές σήραγγες στην Ελλάδα

αλλά και στο εξωτερικό. Όλες οι ενόργανες μετρήσεις που πραγματοποιούνται στα

πλαίσια της ΓΔΠ τηρούνται σε ηλεκτρονικής μορφής βάση δεδομένων. Η ΒΔ είναι

ένα διαβαθμισμένης ασφάλειας σύστημα πολλαπλών χρηστών με δυνατότητα εξ

αποστάσεων πρόσβασης και χρήσης. Η ΒΔ είναι προγραμματισμένη για να εκτελεί τις

απαραίτητες λειτουργίες επεξεργασίας των πρωτογενών μετρήσεων, να εκτελεί ελέγχους,

να προβάλει και να παράγει σχέδια, διαγράμματα και πίνακες και να εξάγει ηλεκτρονικά

αρχεία.

Το σχήμα 4.20 και 4.21 παρουσιάζει σε μορφή διαγραμμάτων λειτουργικά δίκτυα του

συστήματος της βάσης δεδομένων σε έργα υπό την διεύθυνση της Αττικό Μετρό.

Σχήμα 4.20: Διάγραμμα μετάδοσης συστήματος βάσης δεδομένων Terramove

(Αττικό Μετρό 2007)

92

Σχήμα 4.21: Διάγραμμα σχηματικής απεικόνιση δικτύου συστήματος βάσης δεδομένων

(Αττικό Μετρό 2007)

Η Β.Δ έχει την δυνατότητα αποθήκευσης, αναζήτησης και επεξεργασίας των

πρωτογενών στοιχείων, αποθήκευσης και παρουσίασης των επιλυμένων στοιχείων

και παρουσίασης των διαγραμμάτων, των σχεδίων και των πινάκων. Τα πρωτογενή

στοιχεία αποθηκεύονται σε μορφή AGS-M ή AGS-3 (Association of

Geoenvironmental & Geotechnical Specialists) ενώ είναι απαραίτητο να εισαχθούν τα

γεωμετρικά και τα γεωλογικά στοιχεία από κάθε τμήμα του έργου.

Η πραγματοποίηση προγραμματισμένων ελέγχων και αποστολή ηλεκτρονικής

μορφής προειδοποιήσεων περιλαμβάνεται στο σύστημα συναγερμού που έχει κάθε

σύγχρονη βάση δεδομένων. Η εξαγωγή σε ηλεκτρονική μορφή των δεδομένων που

χρειάζονται να επισυνάπτονται στις αναφορές και στις τεχνικές εκθέσεις είναι επίσης

μία από τις πρακτικές λειτουργίες τη Β.Δ. Στο σχήμα 4.22 παρουσιάζεται το δίκτυο

σύνδεσης της βάσης δεδομένων «Kronos» με τους χρήστες και τους σταθμούς ή

όργανα μετρήσεων, που λειτούργησε στο έργο «Cityringen Project», στην

Κοπεγχάγη της Δανίας.

93

Σχήμα 4.22: Διάγραμμα σχηματικής απεικόνιση δικτύου Kronos συστήματος βάσης δεδομένων

(Kronos Cityringen Project)

4.6 Όργανα μέτρησης και αποτελέσματα

Το σύνολο των οργάνων που λειτουργούν για τη μέτρηση και την καταγραφή των

στοιχείων, τοποθετούνται συνήθως εντός της ζώνης επιρροής του έργου. Τα όργανα

ΓΔΠ που χρησιμοποιούνται τοποθετούνται σε/στην:

o υπάρχοντα κτίρια, κατασκευές και εγκαταστάσεις (είτε εσωτερικά είτε εξωτερικά)

καθώς και σε κτίρια με ειδικό ενδιαφέρον όπως εκκλησίες, μνημεία, κ.λπ. τα

οποία βρίσκονται εντός της ζώνης επιρροής του έργου, αλλά και σε κατασκευές

που ενδέχεται να επηρεάζονται από την κατασκευή των έργων

o ακάλυπτες περιοχές (ελεύθερου πεδίου) εντός της ζώνης επιρροής των έργων (π.χ.

σε δρόμους, πεζοδρόμια, πλατείες κ.λπ.)

o προσωρινές και μόνιμες κατασκευές του έργου (π.χ. σταθμοί, φρέατα, σήραγγες,

κ.λπ.)

o περιβάλλουσα εδαφική ζώνη των υπόγειων έργων

Η τελική επιλογή των θέσεων τοποθέτησης οργάνων μέτρησης κρίνεται από τις

γεωτεχνικές συνθήκες που συναντώνται σε κάθε ένα από τα τμήματα του έργου και

94

υποδεικνύονται επακριβώς στην μελέτη εφαρμογής της ΓΔΠ που εκτελεί ο ανάδοχος.

Η υπόδειξη του είδους, του πλήθους και του σημείου τοποθέτησης των οργάνων

αποτελεί σημαντικό μελετητικό αντικείμενο για την σωστή εφαρμογή ενός

συστήματος Γ.Δ.Π.

Ο τύπος και ο ελάχιστος αριθμός των κατά περίπτωση τοποθετούμενων οργάνων και

λοιπών σημείων μέτρησης ανά είδος κατασκευής (για κατασκευές του έργου ή και

υφιστάμενης κατασκευής και επιφάνειας) παρουσιάζεται αναλυτικά στο πίνακα

Γ.2.3.1 και Γ.2.3.2 του παραρτήματος Γ.2 Στον πίνακα υποδεικνύεται η χωρική

πυκνότητα και υπάρχει ταξινόμηση των τύπων των οργάνων αναλόγως του τρόπου

και των τυπικών θέσεων εγκατάστασής τους. Τα όργανα αυτά είναι:

πιεζόμετρα (ηλεκτρικά δονούμενης χορδής, ανοικτά casagrande),

εκτασιόμετρα (μαγνητικά ή πολλαπλών ράβδων, οριζόντια ή κατακόρυφα)

κλισιόμετρα (κατακόρυφα και ολισθαίνοντα μικρόμετρα)

χωροσταθμικές ακίδες (επιφανείας βαθειάς πάκτωσης, 3D)

ρωγμόμετρα

πρίσματα και στόχοι τοπογραφικών μετρήσεων (ανακλαστήρες)

παραμορφωσίμετρα

μετρητές παροχής εισροής υπόγειων υδάτων σε κατασκευές

κυψέλες φορτίων (αγκύριων, αντηρίδων)

κυψέλες πίεσης επαφής (τελικής επένδυσης σήραγγας, προσωρινής

επένδυσης)

Τα παραπάνω όργανα συμβολίζονται με διακριτό τρόπο, έτσι ώστε να είναι εύκολη η

αποτύπωση τους σε σχέδια τυπικών διατομών αλλά και οριζοντιογραφιών. Τέτοιου

είδους συμβολισμοί οργάνων παρουσιάζονται αναλυτικά στον πίνακα Γ.2.5 αλλά και

στην σχηματική τομή της εικόνας Γ.2.9 του παραρτήματος Γ.2. Η τομή του σχήματος

Γ.2.9 απεικονίζει την φάση της τελικής εκσκαφής, βάθους περίπου 28 μέτρων και

πλάτους 30 μέτρων. Η προσωρινή υποστήριξη που έχει εκτελεσθεί στο φρέαρ του

σταθμού Ελληνικού αποτελεί σημαντική κατασκευή προς έλεγχο μέσω του

95

συστήματος της ΓΔΠ. Στο σχήμα συμβολίζονται με διακριτό τρόπο τα παρακάτω

όργανα μέτρησης που έχουν εγκατασταθεί:

o 4 οριζόντια εκτασιόμετρα πολλαπλών ράβδων (μήκους 20 μέτρα το καθένα)

o 12 οπτικοί ανακλαστήρες (6 τεμ. σε κάθε πλευρά του φρέατος σε θέση αντηρίδας)

o 2 κατακόρυφα κλισιόμετρα (ένα σε κάθε πλευρά, μήκους 37 μέτρων το καθένα)

o 2 χωροσταθμικές ακίδες (ελεύθερο πεδίο, οδόστρωμα)

o 1 μαγνητικό κατακόρυφο εκτασιόμετρο (μήκους 30 μέτρων στο κέντρο της

εκσκαφής)

o 1 ολισθαίνων μικρόμετρο με κλισιόμετρο (μήκους 33 μέτρων)

o 1 πιεζόμετρο δονούμενης χορδής (μήκους 37 μέτρων)

o 1 κατακόρυφο εκτασιόμετρο πολλαπλών ράβδων (μήκους 32 μέτρων)

Σχήμα 4.23: Οθόνη Διαγράμματος μετατοπίσεων πραγματικού χρόνου Ομάδας 3D σημείων με

παράλληλη εμφάνιση προόδου μετώπων εκσκαφής στον δεξιό κάθετο άξονα

(Αττικό Μετρό, Αθήνα, 2007)

Συνηθίζεται στα σχέδια ή τις τομές γενικής διάταξης να παρουσιάζονται όλα τα

όργανα που τοποθετούνται εντός γεωτρήσεων – διατρημάτων, αλλά και τα λοιπά

όργανα που τοποθετούνται ελεύθερα στον χώρο.

Τα αποτελέσματα από τα όργανα μέτρησης συλλέγονται αποθηκεύονται στην βάση

δεδομένων και στην συνέχεια επεξεργάζονται έτσι ώστε να βοηθούν στην εύκολη

διαχείριση και συν-αξιολόγηση από τους υπεύθυνους της υπηρεσίας ΓΔΠ. Υπάρχει η

96

δυνατότητα τα αποτελέσματα να παρουσιάζονται σε μορφή διαγραμμάτων

πραγματικού χρόνου, όπως στα σχήματα 4.23 και 4.24, όπου παρουσιάζονται

αντίστοιχα αποτελέσματα μετρήσεων πραγματικού χρόνου από ομάδα τοπογραφικών

πρισμάτων / στόχων αλλά και από ένα πιεζόμετρο.

Σχήμα 4.24: Οθόνη διαγράμματος καταγραφής στάθμης πραγματικού χρόνου πιεζομέτρου

(Αττικό Μετρό, Αθήνα, 2007)

Επιπλέον με την επεξεργασία των αποτελεσμάτων παράγονται ισοκαμπύλες και

ισουψείς που απεικονίζουν περιοχές διαφορικών μετακινήσεων ή περιοχές

μεταβολών στάθμης υδάτων.

Σχήμα 4.25: Οθόνη σε παραθυρικό περιβάλλον απεικόνισης καμπύλων ισοκαθιζήσεων σε

υπόβαθρο οριζοντιογραφίας περιοχής σταθμού (Kronos, Αττικό Μετρό)

97

Στο σχήμα 4.25 ο χρήστης έχει πρόσβαση σε μετρήσεις που αφορούν συγκεκριμένη

χρονική στιγμή, από ομάδα τοπογραφικών στόχων και πρίσματα. Τα αποτελέσματα

επεξεργάζονται έτσι ώστε να παράγουν καμπύλες ισοκαθιζήσεων σε ένα υπόβαθρο

οριζοντιογραφίας της περιοχής ενδιαφέροντος. Ο χρήστης είναι σε θέση να

αναγνωρίσει επικίνδυνες περιοχές όπου παρατηρείται μαζικότητα καθιζήσεων ή

ευρεία και συντονισμένη μετακίνηση.

Εικόνα 4.26: Οθόνη παραθυρικού περιβάλλοντος έγχρωμης απεικόνισης περιοχών Contours

ισομετακινήσεων του συστήματος βάσης δεδομένων (Kronos Cityringen Project, 2011)

Αντίστοιχα το σχήμα 4.26 απεικονίζει σε μορφή έγχρωμων ζωνών, περιοχή

ισομετακινήσεων και ισοκαθιζήσεων αλλά και πληθώρα σημείων μέτρησης. Η

κόκκινη περιοχή του σχήματος αφορά σημείο που παρατηρείται μεγάλη μεταβολή

στις μετρήσεις ενώ αντίστοιχα στις πράσινες περιοχές, η καταγεγραμμένες μεταβολές

από τις τιμές αναφοράς είναι μικρές.

98

Εικόνα 4.27: Οθόνη παραθυρικού περιβάλλοντος έγχρωμης απεικόνισης ισοδυναμικών περιοχών

καταγραφής στάθμης υπόγειων υδάτων του συστήματος βάσης δεδομένων

(Kronos Cityringen Project, 2011)

Στο σχήμα 4.27 καταγράφονται οι μεταβολές στην στάθμη των υπόγειων υδάτων. Για

την πληρότητα της εργασίας στο παράρτημα Γ.1 παρουσιάζεται αντίστοιχη (εικόνα

Γ.1.1) μέτρηση σε πραγματικό χρόνο της στάθμης των υδάτων για έργο της Α.Μ.

4.7 Αυτοματοποιημένο σύστημα παρακολούθησης

Το αυτοματοποιημένο σύστημα μέτρησης ολικών μετακινήσεων (3D) σε πραγματικό

χρόνο εγκαθίσταται για την λήψη μετρήσεων που ορίζει η ΓΔΠ και με αυτό τον

τρόπο εξασφαλίζεται η :

o αξιόπιστη και ασφαλή ασύρματη μετάδοση αποτελεσμάτων

o κατάλληλος προγραμματισμός και διαχείριση πυκνότητας και ρυθμού μετρήσεων

o γρήγορη μετάδοση για ελαχιστοποίηση χρόνου μέχρι την τελική επεξεργασία και

συν-αξιολόγηση των δεδομένων

99

Για την λειτουργία του ΑΣΠ απαιτείται η σταθερή εγκατάσταση, η χρήση και η

σύνδεση ικανού αριθμού κινούμενων γεωδαιτικών σταθμών μεγάλης ακρίβειας που

θα εκτελούν σε προγραμματισμένους χρόνους μετρήσεις σε τοπογραφικούς στόχους

(πενταπρισματικούς ανακλαστήρες). Οι θέσεις εγκατάστασης των γεωδαιτικών

σταθμών επιλέγονται με γνώμονα την ασφάλειά τους, την απρόσκοπτη λειτουργία

τους, την προσπελασιμότητα τους και την ρευματοδότηση τους. Ανεξάρτητα από το

αν ο γεωδαιτικός σταθμός τοποθετείται εντός ή εκτός της ζώνης επιρροής, ο

προσδιορισμός της θέσης του θα γίνεται με τη μέθοδο της ελεύθερης στάσης (free

station) από έξι σταθερά σημεία εκτός ζώνης επιρροής. Αντίστοιχα οι στόχοι

τοποθετούνται σε δώματα κτιρίων, σε κατασκευές ή σε βάθρα ελεύθερου πεδίου και

λαμβάνονται ανά τακτά διαστήματα, δεδομένα 3D μετακινήσεων και καθιζήσεων σε

πραγματικό χρόνο (real time).

Οι μετρήσεις από τους γεωδαιτικούς σταθμούς προβλέπεται να πυκνώνουν όσο η

μηχανή ΤΒΜ πλησιάζει στους στόχους και στον σταθμό. Αντίστοιχα οι μετρήσεις

επανέρχονται στον κανονικό ρυθμό εφόσον η μηχανή TBM απομακρύνεται από την

περιοχή μετρήσεων. Για παράδειγμα για το έργο επέκτασης της γραμμής 2 προς το

Ελληνικό της Α.Μ, το αυτοματοποιημένο σύστημα εκτελούσε κάθε φορά μέτρηση

ανά ζώνη 25μ μπροστά και 50μ πίσω από το μέτωπο εκσκαφής και η συχνότητα

επανάληψης των μετρήσεων είχε ορισθεί σε μία μέτρηση τουλάχιστον, ανά δύο ώρες.

Κατά την υλοποίηση της Α.Σ.Π προβλέπεται σε νεκρό χρόνο, να εκτελεσθεί

πρόγραμμα δοκιμαστικής λειτουργίας για την ρύθμιση και έλεγχο του

αυτοματοποιημένου συστήματος.

Οι συνηθέστερες κατά βάση αγγλικές ορολογίες εφαρμογών τεχνολογίας

υπολογιστών που εγκαθίστανται για την λειτουργία της βάσης δεδομένων αλλά και

του αυτοματοποιημένου συστήματος παρακολούθησης είναι οι παρακάτω: οbserver

server, software, local client, remote client, remote access, control box, IP address,

mobile connection, router, 3G, closed network, local LAN, data logger.

100

101

Κεφάλαιο 5

Συμπεράσματα και προτάσεις

Ένα υπόγειο έργο σε αστικό περιβάλλον απαιτεί αυξημένη παρακολούθηση ώστε να

βελτιστοποιηθεί η ασφαλής κατασκευή και η λειτουργία του σύμφωνα με τις αρχές

της επιστήμης και της τεχνικής τόσο για το έργο αυτό καθαυτό όσο και για τον

αστικό πολεοδομικό ιστό στα πλαίσια του οποίου κατασκευάζεται. Το σύνολο των

μελετών, εργασιών και ενεργειών που απαιτούνται για την επίτευξη του παραπάνω

στόχου, μαζί με τις απαραίτητες διαδικασίες υπό την ευρεία έννοια, αποτελούν την

γεωμηχανική και δομητική παρακολούθηση. Η γεωμηχανική και δομητική

παρακολούθηση αποτελεί την ενδιάμεση ποιοτική διαδραστική δομή μεταξύ του

εδάφους, του εξοπλισμού, της μηχανής ΤΒΜ και των κατασκευών (παλιών και νέων)

Στην παρούσα εργασία εκτελέσθηκε εκτενής βιβλιογραφική έρευνα και χρήση

πραγματικών στοιχείων υπογείων έργων, με στόχο την επικαιροποίηση και την

προβολή των βασικών αρχών των δύο αξόνων στους οποίους στηρίζεται κάθε

υπόγειο αστικό έργο σήραγγας που είναι η μηχανή ΤΒΜ και το σύστημα Γ.Δ.Π.

Κατά την εκπόνηση της εργασίας προέκυψαν και αναλύθηκαν τα σημαντικότερα

επιτεύγματα και ιδιαιτερότητες των μηχανών TBM αλλά και τα πλεονεκτήματα που

προκύπτουν κατά την εποπτεία του λειτουργικού συστήματος της Γ.Δ.Π.

Η παρούσα εργασία βοηθά στην εκτίμησή των δυνατοτήτων εξέλιξης των μηχανών

ΤΒΜ αλλά και των συστημάτων ΓΔΠ και το πόσο βοηθούν στην αναβάθμιση των

υπόγειων αστικών έργων ως προς την ταχύτητα, την οικονομία, την ασφάλεια και την

λειτουργικότητα τους.

Προβάλλεται με ευκολία ότι η ΓΔΠ είναι ένα δυναμικά προσαρμοζόμενο στοιχείο

ποιοτικού ελέγχου αλλά και ένα σημαντικό εργαλείο διαχείρισης κινδύνων. Επίσης η

102

ΓΔΠ, αποτελεί μοναδικό εργαλείο εποπτείας, η οποία συνεργαζόμενη και

υποβοηθούμενη από την τεχνολογική εξέλιξη, βελτιστοποιεί την αποτελεσματικότητα

της. Η διαφάνεια των ενεργειών και των δράσεών της ΓΔΠ αυξάνει στο μέγιστο

βαθμό την επιτυχία ενός έργου σε αστικό περιβάλλον.

Από την παρούσα διπλωματική εργασία προκύπτει το συμπέρασμα ότι η σωστή

επιλογή της μηχανής ΤΒΜ αλλά και η συνεχής υποστήριξη του κατασκευαστικού

έργου από σύστημα ενόργανης παρακολούθησης Γ.Δ.Π εγκαθιστά ασφάλεια και

θεμελιώνει κερδοφορία και επιτυχία. Αποτελεί ένα σημαντικό «εργαλείο»

εκπλήρωσης των στόχων του έργου δεδομένου ότι παρέχεται η δυνατότητα, έγκαιρου

εντοπισμού και συστηματικής αντιμετώπισης κάθε είδους μη αναμενόμενης

ενέργειας. Με τη συνεχή παρακολούθηση των «επικίνδυνων» καταστάσεων

καθίσταται δυνατή η έγκαιρη αποφυγή και λήψη μέτρων αντιμετώπισης.

Η σύγχρονη τάση σε κάθε κατασκευαστική λειτουργία ωθεί την απεμπλοκή του

ανθρώπινου παράγοντα από κάθε διαδικασία η οποία μπορεί να τηρείται το ίδιο καλά

από ένα αυτοματοποιημένο σύστημα ή ένα ν υπολογιστή. Απώτερος στόχος είναι η

μείωση του εργασιακού κόστους αλλά και η μείωση του εναπομείναντα κινδύνου

λόγω του σφάλματος ανθρώπινου παράγοντα.

Από κάθε εφαρμοζόμενο σύστημα Γ.Δ.Π και από κάθε βάση δεδομένων ενός

υπόγειου έργου εντός αστικής περιοχής, προτείνεται να συλλέγονται και συνεχώς να

ανταλλάσσονται πληροφορίες, προβλήματα ή τυχόν αστοχίες. Ακολούθως

προτείνεται αυτή η διεθνής βάση δεδομένων, να επεξεργάζεται ολιστικά από ένα

αρμόδιο διεθνές επιστημονικό όργανο, το οποίο σε τακτά χρονικά διαστήματα να

είναι υπεύθυνο να ενημερώνει και να εξελίσσει τις διαδικασίες ενόργανης

παρακολούθησης, ενσωματώνοντας βελτιώσεις και νέες τεχνικές. Προτείνεται η

ενεργή ένταξη των αναλύσεων κόστους οφέλους και διαχείρισης κινδύνων στα

συστήματα Γ.Δ.Π και η περαιτέρω συστηματικότερη έρευνα υπό την προυπόθεση

φυσικά αυτές οι αναλύσεις να σχεδιάζονται από έμπειρους μηχανικούς με

κατασκευαστική εμπειρία.

103

6. Βιβλιογραφία στην Ελληνική

1. «Προδιαγραφές Μελετών και Επιδόσεων έργων Πολιτικού Μηχανικού –

Μελέτη Κατασκευή και θέση σε λειτουργία του Μετρό Θεσσαλονίκης»

(2003), Άρθρο 13 Γεωμηχανική και Δομητική Παρακολούθηση, σελ.162 –

221, Αττικό Μετρό ΑΕ

2. Ανάδοχος κατασκευής Έργου: Επέκταση γραμμής 2 Άγιος Δημήτριος –

Ελληνικό (2007) «Τεχνική Έκθεση - Γενικό Πρόγραμμα Γεωμηχανικής και

Δομητικής Παρακολούθησης» Αττικό Μετρό Α.Ε

3. Ανάδοχος κατασκευής Έργου: Επέκταση γραμμής 2 Άγιος Δημήτριος –

Ελληνικό (2007) «Τεχνική Έκθεση - Σταθμός Ελληνικό - Μελέτη Εφαρμογής

Γεωμηχανικής και Δομητικής Παρακολούθησης» Αττικό Μετρό Α.Ε

4. Ανάδοχος κατασκευής Έργου: Επέκταση γραμμής 2 Άγιος Δημήτριος –

Ελληνικό (2010) «Μελέτη Τρωτότητας – Μελέτη Ειδικής Τρωτότητας και

σχετικής διακινδύνευσης κτηρίων και κατασκευών» Αττικό Μετρό Α.Ε

5. Ταξινόμηση της Μηχανικής Διάτρησης Σηράγγων (2011) Ομάδα Εργασίας

Μηχανοποιημένης Διάνοιξης Σηράγγων, Ελληνική Επιτροπή Σηράγγων

Υπογείων Έργων

6. Καπετανάκης Μανώλης (2008) Διαχείριση Κινδύνων στην κατασκευή

Δημοσίων έργων, M.Sc Thesis, Ελληνικό Ανοικτό Πανεπιστήμιο

7. Καπετανίδης Κώστας (2009) Σχεδιασμός και εγκατάσταση συστήματος

Ενόργανης Παρακολούθησης Σιδηροδρομικής γέφυρας, M.Sc Thesis,

Ελληνικό Ανοικτό Πανεπιστήμιο

8. Ευγενία Ιντζεγιάννη (2012) Ενόργανη Παρακολούθηση της Δομικής

Ακεραιότητας των Τεχνικών Έργων και Δομικών Κατασκευών, M.Sc Thesis,

Ελληνικό Ανοικτό Πανεπιστήμιο

9. Σκαρμούτσου Αγαθή (2012) Ανάπτυξη έμπειρου συστήματος για την

διαχείριση κινδύνων σε έργα κατασκευής σηράγγων, M.Sc Thesis, Ελληνικό

Ανοικτό Πανεπιστήμιο

10. ΦΕΚ/Β/2221/30.07.2012, Ελληνικές Τεχνικές Προδιαγραφές, ΕΛΟΤ ΤΠ

1501-12-02-01-02:2009 «Υπόγεια εκσκαφή σηράγγων με μηχανικά μέσα

ολομέτωπης ή σημειακής κοπής» σελ 35848-35893

11. ΦΕΚ/Β/2221/30.07.2012, Ελληνικές Τεχνικές Προδιαγραφές, ΕΛΟΤ ΤΠ

1501-12-04-03-00 «Μόνιμη Επένδυση με Προκατασκευασμένα Στοιχεία από

Οπλισμένο σκυρόδεμα» σελ 36153-36182

104

12. Μάρκος Νόβακ (2012) Εξέλιξη και Οργάνωση Γεωμηχανικής και Δομητικής

Παρακολούθησης στα Έργα της ΑΤΤΙΚΟ ΜΕΤΡΟ Α.Ε. Εσπερίδα ΕΕΣΥΕ –

ΙΤΑ 05.12.12 , σελ 1-30

13. Κορδελούλη Μ, Μιχαλοπούλου Α, Σακελλαρίου Μ, (2005), Καθιζήσεις και

συγκλίσεις προκαλούμενες από την διάνοιξη αβαθών σηράγγων. Αναλυτικές

και υπολογιστικές μέθοδοι εκτίμησης, 2ο Πανελλήνιο Συνέδριο Οδοποιίας,

Βόλος, σελ 1-12

7. Βιβλιογραφία στην Αγγλική

1. Vittorio Guglielmetti, Piergiorgio Grasso, Ashraf Mahtab, Shulin Xu, (2008),

«Mechanized tunnelling in Urban Areas, design methodology and

construction control», Geodata SpA, Turin, Italy, Taylor & Francis,

ISBN:978-0-203-393851-5(ebook)

2. Bakogiannis G, Fortsakis P, (2012) «Practices and Trends for contracting and

Financing Tunnels and Undreground Works» Greek Tunnelling Society,

International Symposium, Athens, ISBN 978-618-80252-0-2

3. B. Maidl, M. Herrenknecht, L. Anheuser, Christof Gipperich, Ulrich Maidl,

(1995), «Mechanised Shield Tunnelling», Germany, Ernst & Sohn-Wiley

Company, ISBN:3-433-01292-X

4. D. Slinchenko, (2009) «Control of Ground Settlement in EPB Tunneling»

Proceedings of the ITA-IATES, World Tunnel Congress, Budapest

5. Tunnels and shafts in rock by US Corp of Engineeers, (1997), Chapter 10:

Instrumentation and Monitoring, Engineering Manual, Department of the

Army U.S. Army Corps of Engineers Washington, DC USA

6. J. Patrick Powers, Arthur B. Corwin, Christine J Herridge, (2007), «

Construction Dewatering and Groundwater Control - New methods and

applications », 3rd

ed, WILEY USA

7. R.J. Mair (2013) Tunnelling and deep excavations: Ground movements and

their effects. 15th European Conference on Soil Mechanics and Geotechnical

Engineering - Geotechnics of Hard Soils – Weak Rocks, pgs 39 – 70

8. E.J. Cording, M. Son, D. Laefer, J. Lon & B. Ghahreman (2008) Examples of

building response to excavation and tunneling, University of Ilinois at Urbana

Champaign, Barcelona, Spain, pgs 69-93

105

9. Michael A. Mooney, Bryan Walter, Christian Frenzel (2012) Real-Time

Tunnel Boring Machine Monitoring: A State of the Art Review, NAT,

Colorado School of Mines, Golden, Colorado, USA pgs 1-10

10. P. Grasso, E. Chiriotti, S. Xu, N. Kazilis (2007) Use of risk management plan

for urban mechanized tunnelling projects: From the establishment of the

method to the successful practice, Underground Space – the 4th Dimension of

Metropolises – Barták, Hrdina, Romancov & Zlámal, pgs 1535 -1540

11. Luke Erickson, Peter Raleigh, Victor Romero Jacobs Associates,

Geotechnical Conditions and TBM Selection for the Bay Tunnel, pgs 389 –

398

12. Sirivachiraporn , N. Phienwej (2012) Ground movements in EPB shield

tunneling of Bangkok subway project and impacts on adjacent buildings,

Tunnelling and Underground Space Technology, Elsevier, pgs 10-24

13. Specification and Guidelines for the use of specialist products for Mechanised

Tunnelling (TBM) in Soft Ground and Hard Rock, (2005) EFNARC, pgs 1-4

14. Kovari K - Lunardi P (2000) On the observational method in tunnelling,

EngGeo Conference, Melbourne, pgs 1-16

(www.rockmass.net/files/Kovari&Lunardi_on_Observational_method.pdf)

15. Harris Andrew, Bond Andrew (2015) Eurocode 7: Geotechnical Design,

(Essential guide to Eurocode transition) Geomantix Ltd, British Standard

Institution, pgs 151-170

16. B. Maidl, M. Thewes, U. Maidl (2014) Handbook of Tunnel Engineering II /

Basics and Additional Services for Design and Construction, 3rd

edition,

ePDF ISBN: 978-3-433-60354-3

17. Harvey W. Parker (2008) Bold and Visionary Planning of Tunnels and

Underground Space, pgs 489-496

18. Korff M, Jong de E, Bles T.J (2013) SWOT analysis Observational Method

applications, 18th International Conference Soil Mechanics and Geotechnical

Engineering, Paris, pgs 1883-1887

106

107

8. Πηγές διαδικτύου (Διεθνώς)

www.ags.org.uk

www.arup.com

www.britishtunneling.org

www.bsigroup.com

www.daub-ita.de

www.efnarc.org

www.facesupport.org

www.geodata.at

www.geodata.it

www.herrenknecht.com

www.hitachizosen.co.jp

www.impregilo.it

www.ita-aites.org

www.lovat.com

www.palmierigroup.com

www.rockmass.net

www.robbinstbm.com

www.sisgeo.com

www.smarttunnel.com.my

www.tunneltalk.com

www.tpc.tunnelsoft.com

www.tunconstruct.org

www.nfm-technologies.com

www.rocscience.com

www.vmt-gmbh.de

www.wirth-europe.com

Πηγές διαδικτύου (Ελλάδα)

www.ametro.gr

www.eesye.gr

www.enalos.com

www.ggde.gr

www.origma.gr

www.armos-prokat.gr

www.hssmge.gr

108

109

«Δηλώνω ρητά ότι, σύμφωνα με το άρθρο 8 του Ν. 1599/1986 και τα άρθρα 2,4,6 παρ. 3 του Ν.

1256/1982, η παρούσα εργασία αποτελεί αποκλειστικά προϊόν προσωπικής εργασίας και δεν

προσβάλλει κάθε μορφής πνευματικά δικαιώματα τρίτων και δεν είναι προϊόν μερικής ή ολικής

αντιγραφής, οι πηγές δε που χρησιμοποιήθηκαν περιορίζονται στις βιβλιογραφικές αναφορές και

μόνον. Η παρούσα διατριβή εκπονήθηκε στα πλαίσια εκπόνησης του μεταπτυχιακού προγράμματος

Διαχείριση τεχνικών Έργων ΔΧΤ και αποτελεί συνιδιοκτησία του ΕΑΠ και του συγγραφέα, με

δικαιώματα χρήσης για διδακτικούς και ερευνητικούς σκοπούς. Σε κάθε περίπτωση θα πρέπει να

γίνεται αναφορά του τίτλου, του συγγραφέα, του προγράμματος σπουδών του ΕΑΠ, του

επιβλέποντa»

Δημήτριος Κων. Μαγκατσάς

Α.Μ. ΕΑΠ: 40422

110

111

Παράρτημα Α

Α.1 Επιστολή 01.04.15 προς Αττικό Μετρό

Α.2 Επιστολή 11.05.15 άδειας χρήσης Αττικό Μετρό

112

113

Α.1 Επιστολή προς Αττικό Μετρό

114

115

Α.2 Απαντητική επιστολή από Αττικό Μετρό Α.Ε

116

117

Παράρτημα Β

Β.1 Συγκεντρωτικός πίνακας Σηράγγων ΤΒΜ

Β.2 Διατομές Σηράγγων ΤΒΜ

Β.3 Στοιχεία διεθνών σηράγγων ΤΒΜ

Β.4 Στοιχεία σηράγγων ΝΑΤΜ

Β.5 Γεωτεχνική Έρευνα

Β.6 Τεχνολογική Εξέλιξη

118

119

Β.1 Πίνακας αστικών σηράγγων ΤΒΜ

Πίνακας B.1.1: Δεδομένα διεθνών αστικών σήραγγων 1/2

(Cascadia, Arup North America Ltd, 2008)

120

Πίνακας B.1.2: Δεδομένα διεθνών αστικών σήραγγων 2/2

(Cascadia, Arup North America Ltd, 2008)

121

Β.2 Διατομές αστικών σηράγγων μεγάλων διαμέτρων ΤΒΜ

Εικόνα B.2.1: Τυπικές διατομές διεθνών αστικών σηράγγων με στοιχεία μήκους,

διαμέτρου (Cascadia, Arup North America Ltd, 2008)

122

Εικόνα B.2.2: Τυπικές διατομές διεθνών αστικών σηράγγων με στοιχεία μήκους και

διαμέτρου (Cascadia, Arup North America Ltd, 2008)

123

Εικόνα B.2.3: Τυπική διατομή οδικής αστικής σήραγγας

Εικόνα B.2.4: Εσωτερική όψη οδικής αστικής σήραγγας (Α86 Παρίσι)

124

Β.3 Στοιχεία διεθνών σηράγγων ΤΒΜ

Εικόνα B.3.1: Επιρροή υπόγειων αστικών σηράγγων στην αξία των αστικών ακινήτων

(H.Wallis, T&T North America Ltd, 2005)

Πίνακας B.3.2: Συγκριτικό κόστος κατασκευής αστικών έργων

(H. Wallis, T&T North America Ltd, 2005)

125

Πίνακας B.3.3: Συγκριτικό ετήσιο κόστος χρήσης αστικών έργων

(H.Wallis, T&T North America Ltd, 2005)

Πίνακας B.3.4: Πίνακας κόστους φάσεων κύκλου ζωής έργου σήραγγας με TBM

(Cascadia, Arup North America Ltd, 2008)

126

Β.4 Στοιχεία σηράγγων ΝΑΤΜ

Πίνακας Β.4.1: Κατηγοριοποίηση βραχόμαζας Σηράγγων ΝΑΤΜ (Pacher, Rabcewicz’s, Ayaydin)

Σχήμα Β.4.2: Κατανομή κατασκευαστικού κόστους σηράγγων ΝΑΤΜ (Lambropoulos et al, 2005)

127

Σχήμα Β.4.3: Διάγραμμα κόστους εκσκαφής και προσωρινής υποστήριξης σηράγγων

ενάντια τιμών RMR (C.Paraskevopoulos, A.Benardos 2012)

Σχήμα Β.4.4: Διάγραμμα κόστους εκσκαφής και προσωρινής υποστήριξης σηράγγων

ενάνια τιμών GSI (C.Paraskevopoulos, A.Benardos 2012)

128

Β.5 Γεωτεχνική Έρευνα

Σχήμα Β.5.1: Φύλλο Γεωλογικών Δεδομένων Χαρτογράφησης Σταθμός Ελληνικό (Αττικό Μετρό)

Σχήμα Β.5.2: Φύλλο GSI κατάταξης Σταθμός Ελληνικό (Αττικό Μετρό)

129

Σχήμα Β.5.3: Απεικόνιση της απώλειας εδάφους και της ωοειδής παραμόρφωσης

ανυποστήρικτης σήραγγας (Verruijt & Booker JR 1996)

Σχήμα Β.5.4: Διάγραμμα του «Stand up» χρόνου ανυποστήρικτης σήραγγας σε αναλογία του

μεγέθους εκσκαφής μετώπου και σε συνάρτηση με το δείκτη RMR (κλάση Ι έωςV)

(Bieniawski, 1989)

130

Πίνακας Β.5.5:Καταχωρημένα πεδία στην βάση δεδομένων του καταγραφικού ΤΒΜ

(Αττικό Μετρό 2007)

Data Acquisition - Περιγραφή Μονάδες

NUMBER OF REV. CUTTING WHEEL rot.

DISTANCE CUTTING WHEEL/ADVANCE km

PENETRATION mm/rot.

THRUST FORCE kN

QUANTITY COMPONENT A l

QUANTITY ACCELERATOR l

TOTAL N° OF STROKES TAILSKIN SEALING COMPOUND FRONT Imp.

TOTAL N° OF STROKES TAILSKIN SEALING COMPOUND BACK Imp.

FORCE SHIELD ARTICULATION CYLINDER kN

FER FOAM SYSTEM TOTAL

FIR FOAM SYSTEM TOTAL %

FLOW FOAM TOTAL l/min

FORCE COUPLING SHIELD <> GANTRY 1 kN

TANK HYDRAULIC TEMPERATURE °C

FEEDPRESSURE WATERPIPE bar

TIME OF BRIDGE GREASE DRIVE sec

TIME OF BRIDGE GREASE DRIVE (CONDAT) sec

QUANTITY CONDAT GREASE POSITION 1 Imp.

QUANTITY CONDAT GREASE POSITION 2 Imp.

QUANTITY CONDAT GREASE POSITION 3 Imp.

GEAR OIL TEMPERATURE °C

GEAR OIL PRESSURE 1 bar

GEAR OIL PRESSURE 2 bar

TIME OF BRIDGE GEAROIL DRIVES sec

FEEDPRESSURE SHIELD bar

FEEDPRESSURE TRAILER bar

WORKINGPRESSURE CUTTING WHEEL bar

TORQUE CUTTING WHEEL MNm

CUTTING WHEEL ROTATION SPEED rpm

CUTTING WHEEL ROTATION LEFT o.E.

CUTTING WHEEL ROTATION RIGHT o.E.

CUTTING WHEEL STAGE 1 o.E.

CUTTING WHEEL STAGE 2 o.E.

CUTTING WHEEL LEAKAGE OIL TEMPERATURE °C

ROLL (TBM) %

TBM STATE MODE ADVANCE o.E.

TBM STATE MODE RINGBUILDING o.E.

VELOCITY OF ADVANCE mm/min

THRUST PRESSURE PUMP bar

POSITION THRUST CYLINDER GROUP A mm

ADVANCE PRESSURE PUSHING JACK GROUP A bar

POSITION THRUST CYLINDER GROUP B mm

ADVANCE PRESSURE PUSHING JACK GROUP B bar

POSITION THRUST CYLINDER GROUP C mm

ADVANCE PRESSURE PUSHING JACK GROUP C bar

131

POSITION THRUST CYLINDER GROUP D mm

ADVANCE PRESSURE PUSHING JACK GROUP D bar

POSITION THRUST CYLINDER GROUP E mm

ADVANCE PRESSURE PUSHING JACK GROUP E bar

POSITION THRUST CYLINDER GROUP F mm

ADVANCE PRESSURE PUSHING JACK GROUP F bar

STEINBRECHER HAND o.E.

POSITION SHIELD ARTICULATION CYLINDER 04 mm

POSITION SHIELD ARTICULATION CYLINDER 11 mm

POSITION SHIELD ARTICULATION CYLINDER 18 mm

PRESSURE SHIELD ARTICULATION CYLINDER bar

POSITION SHIELD ARTICULATION CYLINDER 25 mm

TAILSKIN SEALING COMPOUND AUTOMATIC MODE o.E.

TIME OF BRIDGE TAILSKIN GREASE sec

PRESSURE TAILSKIN SEALING COMPOUND F1.01 bar

N° OF STROKES TAILSKIN SEALING COMPOUND F1.01 Imp.

PRESSURE TAILSKIN SEALING COMPOUND F1.02 bar

N° OF STROKES TAILSKIN SEALING COMPOUND F1.02 Imp.

PRESSURE TAILSKIN SEALING COMPOUND F1.03 bar

N° OF STROKES TAILSKIN SEALING COMPOUND F1.03 Imp.

PRESSURE TAILSKIN SEALING COMPOUND F1.04 bar

N° OF STROKES TAILSKIN SEALING COMPOUND F1.04 Imp.

PRESSURE TAILSKIN SEALING COMPOUND F1.05 bar

N° OF STROKES TAILSKIN SEALING COMPOUND F1.05 Imp.

PRESSURE TAILSKIN SEALING COMPOUND F1.06 bar

N° OF STROKES TAILSKIN SEALING COMPOUND V1.06 Imp.

PRESSURE TAILSKIN SEALING COMPOUND F1.07 bar

N° OF STROKES TAILSKIN SEALING COMPOUND F1.07 Imp.

PRESSURE TAILSKIN SEALING COMPOUND F1.08 bar

N° OF STROKES TAILSKIN SEALING COMPOUND F1.08 Imp.

PRESSURE TAILSKIN SEALING COMPOUND B2.01 bar

N° OF STROKES TAILSKIN SEALING COMPOUND B2.01 Imp.

PRESSURE TAILSKIN SEALING COMPOUND B2.02 bar

N° OF STROKES TAILSKIN SEALING COMPOUND B2.02 Imp.

PRESSURE TAILSKIN SEALING COMPOUND B2.03 bar

N° OF STROKES TAILSKIN SEALING COMPOUND B2.03 Imp.

PRESSURE TAILSKIN SEALING COMPOUND B2.04 bar

N° OF STROKES TAILSKIN SEALING COMPOUND B2.04 Imp.

PRESSURE TAILSKIN SEALING COMPOUND B2.05 bar

N° OF STROKES TAILSKIN SEALING COMPOUND B2.05 Imp.

PRESSURE TAILSKIN SEALING COMPOUND B2.06 bar

N° OF STROKES TAILSKIN SEALING COMPOUND B2.06 Imp.

PRESSURE TAILSKIN SEALING COMPOUND B2.07 bar

N° OF STROKES TAILSKIN SEALING COMPOUND B2.07 Imp.

PRESSURE TAILSKIN SEALING COMPOUND B2.08 bar

N° OF STROKES TAILSKIN SEALING COMPOUND B2.08 Imp.

PRESSURE COUPLING BACKUP - SHIELD 1 ROD SIDE bar

EARTH PRESSURE 1 bar

132

EARTH PRESSURE 2 bar

EARTH PRESSURE 3 bar

EARTH PRESSURE 4 bar

EARTH PRESSURE 5 bar

EARTH PRESSURE 6 bar

EARTH PRESSURE 7 bar

ARITHMETIC AVERAGE VALUE EARTH PRESSURE bar

SCREW CONVEYOR WORKING PRESSURE bar

SCREW CONVEYOR LEAKAGE OIL TEMPERATURE °C

TORQUE SCREW kNm

SCREW CONVEYOR ROTATION SPEED rpm

SCREW GATE POSITION mm

SCREW CONVEYOR EXCAVATING o.E.

SCREW CONVEYOR REVERSE o.E.

TIME OF BRIDGE BELT KASKADE sec

SCREW CONVEYOR EARTH PRESSURE FRONT bar

SCREW CONVEYOR EARTH PRESSURE REAR bar

FLOW BENTONITE INLET 1 l/min

FLOW BENTONITE INLET 2 l/min

FLOW BENTONITE INLET 3 l/min

PRESSURE BENTONITE INLET 1 bar

PRESSURE BENTONITE INLET 2 bar

PRESSURE BENTONITE INLET 3 bar

GROUT INJECTION AUTOMATIC MODE o.E.

LEVEL GROUT TANK cm

GROUT INJECTION PIPELINE 1 PRESSURE bar

COMPONENT A FLOW LINE 1 l/min

FLOW ACCELERATOR LINE 1 l/min

QUANTITY ACCELERATOR LINE 1 l

QUANTITY COMPONENT A LINE 1 l

PRESSURE ACCELERATOR LINE 1 bar

PRESSURE COMPONENT A LINE 1 bar

GROUT INJECTION PIPELINE 2 PRESSURE bar

COMPONENT A FLOW LINE 2 l/min

FLOW ACCELERATOR LINE 2 l/min

QUANTITY ACCELERATOR LINE 2 l

QUANTITY COMPONENT A LINE 2 l

PRESSURE ACCELERATOR LINE 2 bar

PRESSURE COMPONENT A LINE 2 bar

GROUT INJECTION PIPELINE 3 PRESSURE bar

COMPONENT A FLOW LINE 3 l/min

FLOW ACCELERATOR LINE 3 l/min

QUANTITY ACCELERATOR LINE 3 l

QUANTITY COMPONENT A LINE 3 l

PRESSURE ACCELERATOR LINE 3 bar

PRESSURE COMPONENT A LINE 3 bar

GROUT INJECTION PIPELINE 4 PRESSURE bar

COMPONENT A FLOW LINE 4 l/min

133

FLOW ACCELERATOR LINE 4 l/min

QUANTITY ACCELERATOR LINE 4 l

QUANTITY COMPONENT A LINE 4 l

PRESSURE ACCELERATOR LINE 4 bar

PRESSURE COMPONENT A LINE 4 bar

GROUT INJECTION PIPELINE 5 PRESSURE bar

COMPONENT A FLOW LINE 5 l/min

FLOW ACCELERATOR LINE 5 l/min

QUANTITY ACCELERATOR LINE 5 l

QUANTITY COMPONENT A LINE 5 l

PRESSURE ACCELERATOR LINE 5 bar

PRESSURE COMPONENT A LINE 5 bar

GROUT INJECTION PIPELINE 6 PRESSURE bar

COMPONENT A FLOW LINE 6 l/min

FLOW ACCELERATOR LINE 6 l/min

QUANTITY ACCELERATOR LINE 6 l

QUANTITY COMPONENT A LINE 6 l

PRESSURE ACCELERATOR LINE 6 bar

PRESSURE COMPONENT A LINE 6 bar

FOAM SYSTEM MANUAL MODE o.E

FOAM SYSTEM SEMI MODE o.E

FOAM SYSTEM AUTOMATIC MODE o.E

FEEDPRESSURE LIQUIDPUMP AVAILABLE o.E

WATERPUMP FOAM SYSTEM FLOW l/min

SETPOINT TENSID %

TENSIDPUMP FOAM SYSTEM FLOW l/min

QUANTITY WATERPUMP FOAM SYSTEM l

QUANTITY TENSID PUMP FOAM SYSTEM l

PRESSURE FOAM LANCE 1 bar

FOAM LANCE 1 AIR FLOW l/min

FOAM LANCE 1 LIQUID FLOW l/min

QUANTITY LIQUID LANCE 1 l

PRESSURE FOAM LANCE 2 bar

FOAM LANCE 2 AIR FLOW l/min

FOAM LANCE 2 LIQUID FLOW l/min

QUANTITY LIQUID LANCE 2 l

PRESSURE FOAM LANCE 3 bar

FOAM LANCE 3 AIR FLOW l/min

FOAM LANCE 3 LIQUID FLOW l/min

QUANTITY LIQUID LANCE 3 l

PRESSURE FOAM LANCE 4 bar

FOAM LANCE 4 AIR FLOW l/min

FOAM LANCE 4 LIQUID FLOW l/min

QUANTITY LIQUID LANCE 4 l

PRESSURE FOAM LANCE 5 bar

FOAM LANCE 5 AIR FLOW l/min

FOAM LANCE 5 LIQUID FLOW l/min

QUANTITY LIQUID LANCE 5 l

134

PRESSURE FOAM LANCE 6 bar

FOAM LANCE 6 AIR FLOW l/min

FOAM LANCE 6 LIQUID FLOW l/min

QUANTITY LIQUID LANCE 6 l

PRESSURE FOAM LANCE 7 bar

FOAM LANCE 7 AIR FLOW l/min

FOAM LANCE 7 LIQUID FLOW l/min

QUANTITY LIQUID LANCE 7 l

PRESSURE FOAM LANCE 8 bar

FOAM LANCE 8 AIR FLOW l/min

FOAM LANCE 8 LIQUID FLOW l/min

QUANTITY LIQUID LANCE 8 l

ACTUALY EXCAVATED MATERIAL FLOW TBM BELT t/h

QUANTITY EXCAVATED MATERIAL (ADVANCE) t

DYNAMIC NOMINAL EXCAVATION VALUE t

OXYGEN (O2) Vol. %

CARBON DIOXIDE (CO2) Vol. %

CARBON MONOXIDE (CO) ppm

METHANE (CH4) % LEL

STROKE ADVANCE CYLINDER mm

Navigation Data

Field Description

ChainageFront Χ.Θ. Πρόσθιου Σημείου Αναφοράς

ChainageBack Χ.Θ. οπίσθιου Σημείου Αναφοράς

AdvanceNumber Προχώρηση

Roll Γωνία στροφής περί τον άξονα του ΤΒΜ

Pitch Γωνια κλίσης άξονα ΤΒΜ

HorOffsetFront Οριζοντιογραφική απόκλιση Πρόσθιου σημείου αναφοράς

VertOffsetFront Μηκοτομική απόκλιση Πρόσθιου σημείου αναφοράς

HorOffsetBack Οριζοντιογραφική απόκλιση οπίσθιου σημείου αναφοράς

VertOffsetBack Μηκοτομική απόκλιση οπίσθιου σημείου αναφοράς

HorTendency Προσανατολισμός κίνησης στο οριζόντιο επίπεδο

VertTendency Προσανατολισμός κίνησης στο κατακόρυφο επίπεδο

RefFrontY Υ πρόσθιου σημείου αναφοράς

RefFrontX Χ πρόσθιου σημείου αναφοράς

RefFrontZ Ζ πρόσθιου σημείου αναφοράς

RefBackY Υ οπίσθιου σημείου αναφοράς

RefBackX Χ οπίσθιου σημείου αναφοράς

RefBackZ Ζ οπίσθιου σημείου αναφοράς

AdvJack1 Μήκος προβολής 1ου Εμβόλου

AdvJack2 Μήκος προβολής 2ου Εμβόλου

AdvJack3 Μήκος προβολής 3ου Εμβόλου

AdvJack4 Μήκος προβολής 4ου Εμβόλου

AdvJack5 Μήκος προβολής 5ου Εμβόλου

AdvJack6 Μήκος προβολής 6ου Εμβόλου

Date Ημερομηνία

Time Ωρα

135

RingType Τύπος και προσανατολισμός δακτυλιδιου

TscTop Απόσταση ανω ουριάου τμήματος ασπίδας από δακτυλίδι

TscRight Απόσταση δεξιου ουριάου τμήματος ασπίδας από δακτυλίδι

TscBottom Απόσταση κάτω ουριάου τμήματος ασπίδας από δακτυλίδι

TscLeft Απόσταση αριστερού ουριάου τμήματος ασπίδας από δακτυλίδι

HorOffsetRing Απόκλιση δακτυλιδιου από την οριζοντιογραφία

VertOffsetRing Απόκλιση δακτυλιδιου από την μηκοτομή

*τέλος του Πίνακα Β.5.5:Καταχωρημένα πεδία στην βάση δεδομένων του καταγραφικού ΤΒΜ

Σχήμα Β.5.6: Διάγραμματα απεικόνισης της αρνητικής επιρροής εισροής υδάτων στο ρυθμό

εκσκαφής των σηράγγων (B. Maidl, M. Thewes, U. Maidl)

Εικόνα Β.6.10: Μηχανισμός ολίσθησης πρίσματος-ενεργή τάσης στήριξη μετώπου κατά Horn 1961

136

Β.6. Τεχνολογική εξέλιξη

Εικόνα Β.6.1. έως Β.6.4.: Οθόνες εφαρμογής έξυπνου κινητού τηλεφώνου

(TPC-Tunnelling Process Control Mobile Tunnelsoft)

137

Εικόνες Β.6.5: Οθόνες εφαρμογής έξυπνου κινητού τηλεφώνου

(TPC-Tunnelling Process Control Mobile Tunnelsoft)

Εικόνα Β.6.6: Μηχανή TBM τριπλής κεφαλής (Hitachi Zosen Japan)

138

Εικόνα Β.6.7: Μηχανή TBM τριπλής κεφαλής (Hitachi Zosen Japan)

Εικόνα Β.6.8: Σύστημα προώθησης μηχανής ΤΒΜ και τοποθέτησης τελικής επένδυσης

139

Εικόνα Β.6.9: Κάθετης διάνοιξης βύθισης Μηχανή ΤΒΜ

(Vertical Shift Sinking Machine Herrenknecht)

140

141

Παράρτημα Γ

Γ.1 Συστήματα Γεωμηχανικής και δομητικής παρακολούθησης

Γ.2 Σταθμός Ελληνικό Επέκταση Γραμμή 2

142

143

Γ.1 Συστήματα Γεωμηχανικής και δομητικής παρακολούθησης

Εικόνα Γ.1.1: Οθόνη παραθυρικού περιβάλλοντος απεικόνισης μεταβολών στάθμης νερού

σε πραγματικό χρόνο (Kronos, Αττικό Μετρό)

144

Γ.2 Σταθμός Ελληνικό Επέκταση Γραμμής 2

Εικόνα Γ.2.1: Αεροφωτογραφία περιοχής σταθμού Ελληνικού (Αττικό Μετρό, Αθήνα)

145

Εικόνα Γ.2.2: Κάτοψη περιοχής σταθμού Ελληνικού (Αττικό Μετρό, Αθήνα)

146

`

Πίνακας Γ.2.3.1: Κατανομή Οργάνων Γ.Δ.Π (Αττικό Μετρό, Αθήνα, 2007)

147

Πίνακας Γ.2.3.2: Κατανομή Οργάνων Γ.Δ.Π (Αττικό Μετρό, Αθήνα, 2007)

148

Πίνακας Γ.2.4: Στοιχεία απογραφής κτιρίων - Μελέτη ειδική τρωτότητας και σχετικής

διακινδύνευσης (Αττικό Μετρό)

149

Πίνακας Γ.2.4.1: Στοιχεία απογραφής επιπέδου σχετικής διακινδύνευσης (Αττικό Μετρό)

150

Πίνακας Γ.2.5: Υπόμνημα συμβολισμών (Αττικό Μετρό)

151

Σχήμα Γ.2.6: Οριζοντιογραφία οργάνων ΓΔΠ σε τμήμα διατομής ΤΒΜ (Αττικό Μετρό)

152

Σχήμα Γ.2.7: Οριζοντιογραφία ζώνης επιρροής σταθμού Ελληνικού (Αττικό Μετρό)

153

Σχήμα Γ.2.8: Οριζοντιογραφία οργάνων σταθμού Ελληνικού(Αττικό Μετρό)

154

Σχήμα Γ.2.9: Τομή απεικόνισης προσωρινής υποστήριξης και ΓΔΠ οργάνων του σταθμού Ελληνικού

(Αττικό Μετρό)

Σχήμα Γ.2.10: Τομή υπόγειων μόνιμων κατασκευών σταθμού Ελληνικού (Αττικό Μετρό)

Ετικέτα πεδίου Περιεχόμενο

1. Τίτλος Συστήματα Ενόργανης Γεωμηχανικής - Δομητικής

Παρακολούθησης Υπογείων Έργων εντός αστικής

ζώνης

2. Τίτλος Instrumental Systems of Geomechanical-Structural Monitoring for

Underground Tunnel Projects in urban areas

3α. Συγγραφέας Μαγκατσάς

Δημήτριος

3α. Επιβλέποντας Πελέκης

Παναγιώτης

4. Λέξεις-κλειδιά Μηχάνημα Διάνοιξης Διάτρησης Σηράγγων, Γ.Δ.Π-Γεωμηχανική-

Δομητική Παρακολούθηση, συνεχής καταγραφή, δεδομένα

πραγματικού χρόνου, υπολειπόμενος κίνδυνος, σχέση κόστους

οφέλους.

Τunnel Boring Machine - T.Β.Μ, Geomechanical Structural

Monitoring Program, on line continuous monitoring, real time data,

residual risk, cost-benefit ratiο.

5α. Περίληψη

Αναλυτική βιβλιογραφική ανασκόπηση και αξιολόγηση, με στόχο την συλλογή πληροφοριών και την ανάδειξη της κρισιμότητας εφαρμογής των σύγχρονων μηχανών ΤΒΜ και συστημάτων ενόργανης Γεωμηχανικής Δομητικής Παρακολούθησης σε έργα σηράγγων που κατασκευάζονται εντός πυκνοδομημένων αστικών περιοχών. Παρουσίαση και ανάλυση (μελέτη περίπτωσης ενός σταθμού μετρό) αντίστοιχων συστημάτων παρακολούθησης που εφαρμόσθηκαν σε έργα της Αττικό Μετρό της Αθήνας (Επέκταση γραμμής 2 Άγιος Δημήτριος Ελληνικό)

5β. Περίληψη

Detailed literature review and evaluation, aiming of collecting valuable data and highlighting the criticality of working with modern sophisticated TBM’s and applying instrumental systems of Geomechanical - Structural Monitoring in tunnel projects constructed in dense urban areas. Presentation and analysis (case study : subway station / shaft) of corresponding monitoring systems implemented at projects of Attiko Metro SA (Line 2 Extension Agios Dimitrios - Helliniko)

6. Έτος επίσημης έκδοσης 2015

7. Τύπος - Κατηγορία «Διπλωματική Εργασία »

8. Γλώσσα Ελληνική

9. Θεματική Ενότητα / Πρόγραμμα

Διπλωματική Εργασία / Μεταπτυχιακό Διαχείρισης Τεχνικών

Έργων

Σπουδών

10α. Εκτιμώμενος Χρόνος μελέτης

8 μήνες (Οκτώβριος 2014-Ιούνιος 2015)

10β. Ποσότητα 154

10γ. Αριθμός αναφορών 20

10δ. Αριθμός αναφορών 20

10ε. Αριθμός παραρτημάτων 3

11. Αντιστοίχηση με έντυπο υλικό του ΕΑΠ

14α. Μέλος τριμελούς Αθανασοπούλου

Αδαμαντία

14β. Μέλος τριμελούς

15. Συντονιστής Θ.Ε Χατζηγεωργίου Γεώργιος

16. Ακαδημαικός Υπεύθυνος Χατζηγεωργίου Γεώργιος

19. Ημερομηνία Τελικής Έγκρισης

13.09.2015

23. Φυσική μορφή του πόρου «pdf»

24. Εκδότης «Ελληνικό Ανοικτό Πανεπιστήμιο»