texniki_geologia_8o_mathima_eystatheia_

ΤΕΧΝΙΚΗ ΓΕΩΛΟΓΙΑ 8o Μάθηµα

Τεχνική Γεωλογία Σηράγγων

Μέθοδοι διάνοιξης Συµπεριφορά – Μηχανισµοί αστοχίας

Υποστήριξη

Διδάσκοντες: Β. Χρηστάρας Καθηγητής Β. Μαρίνος, Λέκτορας

Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας

και Υδρογεωλογίας ΑΠΘ

ΣΗΡΑΓΓΕΣ ΚΑΙ

ΥΠΟΓΕΙΑ ΕΡΓΑ

Εγνατία Οδός

Νέος Σιδηρόδροµος

Οι πόλεις σήµερα και στο µέλλον

ΧΡΗΣΗ ΥΠΟΓΕΙΩΝ ΧΩΡΩΝ ΟΛΥΜΠΙΑΚΟ ΠΑΓΟΔΡΟΜΙΟ, ΟΣΛΟ

Το νέο οδικό δίκτυο αυτοκινητοδρόµων

Η Εγνατία οδός και οι κάθετοι άξονες

Το Μετρό Θεσσαλονίκης και η Υποθαλάσσια αρτηρία

Το κορεσµένο Ευρωπαϊκό δίκτυο αυτοκινητοδρόµων

Οι νέες και αναβαθµιζόµενες γραµµές του Ευρωπαϊκού σιδηροδροµικού δικτύου

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ 8ου ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ

«Τεχνική γεωλογία σηράγγων» 1.  Μέθοδοι εκσκαφής σηράγγων 2.  Τεχνικογεωλογική συµπεριφορά σηράγγων

–  Μηχανισµοί αστοχίας –  Εκτίµηση τεχνικογεωλογικής συµπεριφοράς

3.  Μέτρα υποστήριξης σηράγγων

ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΣΗΡΑΓΓΩΝ

Απαραίτητη η γνώση •  των γεωλογικών συνθηκών (γεωλογικό µοντέλο) • των τεχνικογεωλογικών συνθηκών (συµπεριφορά – µηχανισµοί αστοχίας και παράµετροι εδάφους – βραχόµαζας)

Εκτίµηση των συνθηκών του εδάφους στον σχεδιασµό για την κατασκευή του έργου ΜΟΝΤΕΛΟ

ΓΕΩ

ΥΛΙΚΟΥ

ΓΕΩΛΟ

ΓΙΚΟ

ΠΡΟ

ΣΟΜΕΙΩ

ΜΑ

1. Γεωλογικές συνθήκες

2.  Μετάφρασή τους σε τεχνικογεωλογική συµπεριφορά

3. Τύπος γεωυλικού ιδιότητες

ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ χρήση εµπειρικών, αναλυτικών-αριθµητικών µεθόδων

Συµπεριφορά γεωυλικού έναντι αστοχίας Επιλογή των σωστών γεωτεχνικών παραµέτρων και των κατάλληλων κριτηρίων τεχνικής συµπεριφοράς

ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ Εφαρµογή του σχεδιασµού

+ Περιβάλλον(τασικό πεδίο, υπόγεια νερά)

Διάνοιξη σηράγγων

1.  Διάτρηση 2.  Εκσκαφή και Επανεπίχωση (Cut and Cover) 3.  Υποστήριξη και Εκσκαφή (Cover and Cut)

Οι µέθοδοι που χρησιµοποιούνται για τη διάνοιξη των σηράγγων είναι οι παρακάτω: u Συµβατική µέθοδος διάνοιξης

–  Με εκτίναξη –  Με απλά µέσα µηχανικής εκσκαφής

u Διάνοιξη µε µηχανοποιηµένο τρόπο (µηχάνηµα ολοµέτωπης κοπής -ΤΒΜ)

Μέθοδοι Διάτρησης

u  Ο έλεγχος της εφαρµογής των µέτρων και η αποτελεσµατικότητά τους στην διατήρηση της ευστάθειας της διατοµής γίνεται σήµερα µε αριθµητικές µεθόδους.

Η µέθοδος περιλαµβάνει: q ένα σύνολο τεχνικών διάνοιξης και υποστήριξης σηράγγων µε: q εκτεθειµένο µέτωπο και ... q υποστήριξη του τοιχώµατος µε εκτοξευόµενο σκυρόδεµα ή/και αγκύρια βράχου

Συµβατική µέθοδος διάνοιξης

Σήραγγες µε διάτρηση


Διάτρηση µε «τσάπα» (µηχανική εκσκαφή)


Διάτρηση µε εκρηκτικά

Σήραγγες µε εκσκαφή και επανεπίχωση (Cut and Cover)

•  Πρώτα σκάβουµε µέχρι το επίπεδο της σήραγγας όλο το υλικό και το αφαιρούµε. •  Αντιστηρίζουµε τα πλευρικά πρανή ώστε να είναι ευσταθή προσωρινά. •  Φτιάχνουµε το κέλυφος (το περιτύπωµα) της σήραγγας µε µπετό και σίδερα •  «Σκεπάζουµε» την σήραγγα µε τα υλικά της αρχικής εκσκαφής και το παλιό - αρχικό ανάγλυφο αποκαθίσταται.

Σήραγγες µε εκσκαφή και επανεπίχωση (Cut and Cover)

Σήραγγες µε επίχωση (και προυποστήριξη) και εκσκαφή (Cover and Cut )

Πρώτα «σκεπάζουµε» µε µπετό και σίδερα την περιοχή (θόλο και πλευρές) που θα γίνει η σήραγγα και µετά αρχίζουµε και σκάβουµε από µέσα το έδαφος (έχουµε εισχωρήσει µέσα από άλλο σηµείο πιο πίσω.

Σήραγγες µε επανεπίχωση και εκσκαφή (Cover and Cut )

u  Η µέθοδος θεωρεί ότι κάθε διατοµή αποτελείται από: –  ένα δακτύλιο βραχόµαζας (το τµήµα εκείνο της βραχόµαζας που επηρεάζεται από την κατασκευή )

–  τα µέτρα προσωρινής υποστήριξης. u  Θεωρεί δηλαδή το δακτύλιο της βραχόµαζας όχι µόνο ως στοιχείο φόρτισης, αλλά και ως φέρον στοιχείο συγχρόνως.

u  Επιχειρεί, δηλαδή, την ενεργοποίηση ενός ποσοστού της αντοχής της βραχόµαζας

Συµβατική µέθοδος διάνοιξης Η φιλοσοφία της µεθόδου

Συµβατική µέθοδος διάνοιξης Εξέλιξη παραµορφώσεων µε την εκσκαφή

Για την αντιµετώπιση των ασταθειών στη συµβατική µέθοδο χρησιµοποιούνται κατά περίπτωση διάφοροι τρόποι εκσκαφής : q  Εκσκαφή της διατοµής σε φάσεις. q  Κατασκευή της άµεσης υποστήριξης σε µικρή απόσταση από το µέτωπο εκσκαφής.

q  Ολοκλήρωση του δακτυλίου του εκτοξευόµενου σκυροδέµατος στο σύνολο της διατοµής.

q  Ολοµέτωπη εκσκαφή µε άµεσο κλείσιµο της διατοµής µε µόνιµη υποστήριξη

q  Γεωτεχνική Παρακολούθηση της συµπεριφοράς των σηράγγων.

Συµβατική µέθοδος διάνοιξης Η εφαρµογή της µεθόδου

Συµβατική µέθοδος διάνοιξης Εκσκαφή της διατοµής σε φάσεις.

Σκοπός της διαδικασίας αυτής είναι: ² η ελάχιστη δυνατή αποδιοργάνωση της βραχόµαζας, ² ο περιορισµός των συγκλίσεων, ² η βελτίωση της ευστάθειας του µετώπου ² η χρήση των λιγότερων δυνατών µέτρων προσωρινής υποστήριξής.

u  Εκσκαφή άνω ηµιδιατοµής (Top Heading). Γίνεται εκσκαφή του άνω τµήµατος της σήραγγας.

u  Εκσκαφή βαθµίδας (Bench). Γίνεται εκσκαφή του κάτω τµήµατος της σήραγγας. Συνήθως οι δύο φάσεις απέχουν µεταξύ τους κατά µία συγκεκριµένη απόσταση.

Συµβατική µέθοδος διάνοιξης Εκσκαφή της διατοµής σε φάσεις.

Συµβατική µέθοδος διάνοιξης Εκσκαφή της διατοµής σε πολλές

φάσεις.

Η αρχική εκτίµηση των γεωλογικών συνθηκών που θα συναντήσει η σήραγγα, των παραµέτρων αντοχής της βραχόµαζας και των αναµενόµενων συγκλίσεων είναι πιθανόν να µην είναι ακριβής. Για την αντιµετώπιση των προβληµάτων αυτών γίνεται: q συνεχής χαρτογράφηση του µετώπου q τοποθετούνται συστήµατα µετρήσεων

•  Η σήραγγα είναι ένα έργο ζωντανό, που συνεχώς παρέχει νέα στοιχεία κατά την κατασκευή του, τα οποία είναι πιθανό να οδηγήσουν σε αναθεώρηση της αρχικής µελέτης, όσον αφορά στα µέτρα προσωρινής υποστήριξης (ανάστροφες αναλύσεις).

Συµβατική µέθοδος διάνοιξης Γεωτεχνική Παρακολούθηση της συµπεριφοράς των σηράγγων.


Στόχοι Μέτρησης µετακινήσεων


Μηκυνσιόµετρα (Μέτρηση µετακινήσεων σε διάφορες αποστάσεις – 3,6,9m – από το κέλυφος µέσα στο έδαφος)

Αστοχίες µέτρων προσωρινής υποστήριξης σήραγγας Δηµιουργία αστοχίας

Χωρίζονται σε: i.  Τασικές αστοχίες: Αστοχίες που προκαλούνται από ολόκληρο το δακτύλιο της βραχόµαζας γύρω από τη σήραγγα: περίπτωση βραχόµαζας µε πολύ φτωχά µηχανικά χαρακτηριστικά και µεγάλα υπερκείµενα. ii.  Βαρυτικές αστοχίες: Αστοχίες που προκαλούνται από την ύπαρξη τοπικών ασθενών επιπέδων ασυνεχειών µε δυσµενή, ως προς το άνοιγµα της σήραγγας προσανατολισµό.

i.  ολίσθηση της βραχόµαζας κατά το επίπεδο ασυνεχειών µε τη δηµιουργία σφηνών (αλληλεπίδραση τεµνόµενων διακριτών ασυνεχειών). Σε σχετικά υγιείς βραχόµαζες στις οποίες υπάρχουν κυρίαρχα επίπεδα ασυνεχειών.

ii. Κατάπτωση τύπου καµινάδας (πολλά τεµάχη) ή καταρροή βραχόµαζας (συνεχής πτώση πολλών µικρών τεµαχών)

Τύποι συµπεριφοράς της βραχόµαζας

u  Ευσταθής u  Σφηνοειδείς ολισθήσεις αποκολλήσεις u  Παραµορφώσεις (µικρές ή µεγαλύτερες) µε την εκδήλωση διατµητικών αστοχιών σε ζώνη περιµετρικά της σήραγγας

u  Εκτίναξη βράχων u  Καταρροή γεωυλικού u  Ροή γεωυλικού µε νερό u  Διόγκωση u  Ανισότροπες παραµορφώσεις

Ευστάθεια Σήραγγας

•  Στην φάση της εκσκαφής σκοπός της άµεσης υποστήριξης είναι η ευστάθεια του µετώπου και του δακτυλίου της σήραγγας µέχρι την εφαρµογή των µέτρων της τελικής επένδυσης.

•  Αστάθεια δακτυλίου: –  µεγάλες συγκλίσεις –  αστοχία µε µορφή σφηνών –  κατάπτωση τύπου καµινάδας –  καταρροή της βραχόµαζας

•  Αστάθεια µετώπου: –  βραχόµαζες µε πολύ φτωχά µηχανικά χαρακτηριστικά –  βραχόµαζες µε ασυνέχειες, δυσµενούς προσανατολισµού και αντοχής

Τύποι Τεχνικογεωλογικής συµπεριφοράς της βραχόµαζας

Κατηγορίες Τεχνικογεωλογικής Συµπεριφοράς

Βήµατα σχεδιασµού σήραγγας Προσδιορισµός των τύπων βραχόµαζας

u Πρέπει να βασιστεί στην οριοθέτηση των παραµέτρων (αντοχής και παραµορφωσιµότητας) εκείνων όπου καθορίζουν τη συµπεριφορά της βραχόµαζας και επηρεάζουν τη µέθοδο διάνοιξης, το χρόνο και το κόστος

u Έτσι ένας τύπος βραχόµαζας είναι ένα σύνολο γεωυλικών µε όµοιες µηχανικές, φυσικές ή και υδραυλικές ιδιότητες και όχι απαραίτητα ίδιων λιθολογιών.

u Ο αριθµός των τύπων αυτών εξαρτάται από τις επιτόπου συνθήκες γεωλογίας.

Βήµατα σχεδιασµού σήραγγας Προσδιορισµός των τύπων βραχόµαζας

u Καθορισµός τύπων βραχόµαζας µε βάσει: 1.  Λιθολογία 2.  Κερµατισµός – δοµή (τεκτονισµός αλλά και στοιχεία γέννεσης όπως στρώσεις-σχιστότητα)

3.  Χαρακτηριστικά αποσάθρωσης 4.  Χαρακτηριστικά περατότητας

Βήµατα σχεδιασµού σήραγγας Εκτίµηση της συµπεριφοράς των

βραχοµαζών

§  Εκτίµηση της εν δυνάµει απόκρισης της βραχόµαζας στην εκσκαφή της ανάλογα µε τις επιτόπου συνθήκες (τάσεων, υπογείων νερών, προσανατολισµού ασυνεχειών σε σχέση µε τη σήραγγα κ.α.) § Η συµπεριφορά της βραχόµαζας, εδώ, ορίζεται ως η αντίδρασή της στην εκσκαφή σε ένα υπόγειο άνοιγµα χωρίς όµως να λαµβάνονται υπόψη οι διαδικασίες υποστήριξης και αλληλεπίδρασης µε άλλες φάσεις.


βραχοµαζών u  Ο διαχωρισµός της συµπεριφοράς κατά µήκος της σήραγγας:

Ø  οµογενοποίηση όµοιων τεχνικογεωλογικών τύπων βραχόµαζας (και επιτόπου συνθηκών (π.χ. ύψος υπερκειµένων).

Ø  Κάθε τµήµα θα πρέπει να ελέγχεται για διάφορους πιθανούς µηχανισµούς αστοχίας

Ø  πρέπει να εφαρµόζονται διάφοροι µέθοδοι ανάλυσης (τόσο για βαρυτικές όσο και για παραµορφωσιακές αστοχίες).


βραχοµαζών §  Παράδειγµα: µια κερµατισµένη βραχόµαζα µπορεί να αστοχεί και να δηµιουργεί υπερεκσκαφή τύπου καµινάδας κάτω από συνθήκες µικρής πλευρικής πίεσης. Η ίδια βραχόµαζα κάτω από µέτριες πιέσεις µπορεί να είναι ευσταθής ενώ σε µεγάλες µπορεί να προκαλέσει παραµορφώσεις µε διατµητικές αστοχίες.

Βήµατα σχεδιασµού σήραγγας Καθορισµός του συστήµατος εκσκαφής και

υποστήριξης βασισµένο σε τύπους συµπεριφοράς

§  Αξιολογείται η βραχόµαζα µέσα σε ένα τύπο συγκεκριµένης συµπεριφοράς µε ενσωµατωµένα όµως την εκσκαφή και τα µέτρα άµεσης υποστήριξης. §  Αξιολογείται πλέον όλο το σύστηµα που πρέπει να καλύπτει τις απαιτήσεις του συγκεκριµένου υπόγειου έργου και οι περιορισµοί του. §  Άλλοι περιορισµοί: Παράδειγµα: µια βραχόµαζα µε µια συγκεκριµένη συµπεριφορά µπορεί να µην απαιτεί ισχυρά µέτρα υποστήριξης σε ένα µη αστικό περιβάλλον αλλά σε µία αστική περιοχή, όπου απασχολούν πρωταρχικά οι καθιζήσεις, η βραχόµαζα πρέπει να υποστηριχθεί µε ένα πιο ισχυρό κέλυφος.

Αστοχίες µέτρων προσωρινής υποστήριξης σήραγγας Δηµιουργία αστοχίας

Εξέλιξη διατµητικών αστοχιών σηράγγων

(John, Wogan & Heissel, 1987, από Καββαδάς, 2000)

Αστοχίες µέτρων προσωρινής υποστήριξης σήραγγας

Συγκλίσεις

Χαρακτηριστική εικόνα έντονης σύνθλιψης στη σήραγγα Υacambu-Quibor Διακρίνονται οι επισκευές της σήραγγας σε τµήµα που υπέφερε από µεγάλες παραµορφώσεις κάτω από υπερκείµενα 1200m σε γραφιτικούς φυλλίτες (Hoek, notes from the internet, 2007).


Κατάπτωση τύπου καµινάδας

Αστοχίες µέτρων προσωρινής υποστήριξης σήραγγας Καταρροή βραχόµαζας


Συγκλίσεις – υπερφόρτιση κελύφους

Αστοχίες µέτρων προσωρινής υποστήριξης σήραγγας Σφηνοειδείς ολισθήσεις

Επίδραση των υπογείων υδάτων στις µηχανικές ιδιότητες

•  Όταν το νερό δεν αποστραγγίζεται, αυξάνονται οι πιέσεις πόρων και κατά συνέπεια µειώνονται οι ενεργές τάσεις και συνεπώς και σε κάθε περίπτωση, η αντοχή της βραχοµάζας. •  Iδιαίτερα σηµαντικό σε έργα µε αργιλικούς σχιστόλιθους, ιλυόλιθους: ευαίσθητα στις αλλαγές του ποσοστού της υγρασίας, π ρ ά γ µ α π ο υ ε π η ρ ε ά ζ ε ι ά µ ε σ α τ η ν α ν τ ο χ ή τους......θρυµµατίζονται πολύ γρήγορα εάν αφεθούν να ξηρανθούν µετά τη λήψη τους από την βασική τους µάζα. •  Στην υπόγεια εκσκαφή, εάν η περιβάλλουσα βραχοµάζα έχει υποστεί διαταραχές και χαλάρωση, οι συνθήκες των περιβάλλοντων υπογείων υδάτων µεταβάλλονται λόγω της αποστράγγισης ή ακόµα και εξαιτίας της αλλαγής των επιπέδων υγρασίας µε το χρόνο. Έτσι, η βραχόµαζα φθείρεται αφού πλέον έχει «χαλαρώσει» και οι παράµετροι αντοχής µειώνονται.

Μέτρα προσωρινής υποστήριξης σήραγγας

u  Εκτοξευόµενο σκυρόδεµα (µαζί µε µεταλλικό πλέγµα και µεταλλικές ίνες οπλισµού.

u  Αγκύρια βράχου u  Μεταλλικά πλαίσια u  Μέτρα βελτίωσης των συνθηκών έδρασης του κελύφους u  Ελαφρά βλήτρα προπορείας (Spiles) u  Οµπρέλα βαριών δοκών προπορείας (Forepole

umbrella) u  Αγκύρια µετώπου – κυρίως Υαλόκαρφα (fiberglass) u  Προσωρινό ανάστροφο τόξο u  Μόνιµο ανάστροφο τόξο u  Ολισθαίνουσα (ενδίδουσα) υποστήριξη u  Βελτίωση γεωυλικού µε χρήση ενέµατος (Grouting) u  Αποστραγγιστικές και ανακουφιστικές οπές


Χαρακτηριστική διατοµή µέτρων προσωρινής υποστήριξης για ασθενή βραχόµαζα µε κατασκευή σε 2 οριζόντιες ηµιδιατοµές. Η ανάγκη, τα µεγέθη, οι ποσότητες και ο συνδυασµός των διαφόρων στοιχείων προκύπτει από αριθµητική ανάλυση και από βελτιστοποιήσεις µε ενόργανη, αξιόπιστη, παρακολούθηση. Το βήµα προχώρησης εδώ δύσκολα ξεπερνά το 1m την ηµέρα.


Διαµήκης τοµή σήραγγας υπό διάνοιξη υποστήριξης για ασθενή βραχόµαζα µε κατασκευή σε 2 οριζόντιες ηµιδιατοµές

Εκτοξευόµενο σκυρόδεµα

Εκτοξευόµενο σκυρόδεµα •  Η αρχική του συνεισφορά είναι η προστασία των εργαζοµένων ακόµα και κατά τη διάνοιξη σε πολύ ισχυρές βραχόµαζες. i.  Αρχικά, ένα λεπτό στρώµα εκτοξευόµενου σκυροδέµατος καλύπτει την επιφάνεια της εκσκαφής µε σκοπό να αποτρέψει την πτώση µικρών επισφαλών τεµαχών βράχου που προέκυψαν από διατάραξη λόγω της εκσκαφής. ii.  Σε καλής ποιότητας ρωγµατωµένες βραχόµαζες ο ρόλος του συνίσταται στην παρεµπόδιση της πτώσης ή ολίσθησης τεµαχών βράχου λόγω της ύπαρξης ασυνεχειών µε µεγάλο σχετικά εύρος, µέσω της διατµητικής του αντοχής. iii.  Σε ισχυρά κερµατισµένες έως αποδοµηµένες βραχόµαζες, τοποθετείται κατά το δυνατόν νωρίτερα ώστε να συγκρατήσει τα ασθενώς συνδεδεµένα ή ασύνδετα τεµάχη βράχου και να βοηθήσει στον περιορισµό αστοχιών τύπου καµινάδας ή καταρροής υλικού.

Εκτοξευόµενο σκυρόδεµα iv.  Κατά την κατασκευή σηράγγων σε βραχόµαζες µε αντοχές πολύ χαµηλότερες των επιτόπου τάσεων όπου και αναµένονται σηµαντικές παραµορφώσεις, σκοπός του εκτοξευόµενου σκυροδέµατος είναι η δηµιουργία ενός δακτυλίου, συχνά κλειστού, ικανού πάχους για τον περιορισµό των παραµορφώσεων (συγκλίσεων) αυτών σε αποδεκτά επίπεδα που κάθε φορά καθορίζουν οι επιτόπου συνθήκες.

v.  Με αντίστοιχους σκοπούς γίνεται εφαρµογή εκτοξευόµενου σκυροδέµατος και στο µέτωπο , προκειµένου να σταθεροποιηθούν ασταθείς όγκοι πετρώµατος που δηµιουργούνται σε αυτό είτε λόγω µεµονωµένων ασυνεχειών είτε λόγω υψηλού βαθµού κερµατισµού της βραχόµαζας. Εντούτοις η χρήση εκτοξευόµενου σκυροδέµατος στο µέτωπο δεν συνεισφέρει ιδιαίτερα στη µείωση των παραµορφώσεων σε αυτό (εξώθηση µετώπου).

Μεταλλικό πλέγµα

Μεταλλικό πλέγµα και µεταλλικές ίνες οπλισµού

• Τοποθετούνται σε συνδυασµό µε το εκτοξευόµενο σκυρόδεµα για να του προσδώσουν εφελκυστική αντοχή και εποµένως την ικανότητα ανάληψης καµπτικής ροπής. •  Με την τοποθέτηση πλέγµατος και την κάλυψή του µε εκτοξευόµενο σκυρόδεµα, λόγω της ελαστικότητας του πρώτου, παρατηρούνται φαινόµενα αναπήδησης του σκυροδέµατος και δηµιουργία κενών πίσω από το πλέγµα, µε αποτέλεσµα την τοπική µείωση της φέρουσας ικανότητας του φορέα της προσωρινής υποστήριξης. • Το πρόβληµα αυτό δεν υφίσταται κατά την προσθήκη ινών στο σκυρόδεµα πριν την εκτόξευσή του. Το ινοπλισµένο σκυρόδεµα προσφέρει επίσης µια θεωρητικά καλύτερη κατανοµή της εφελκυστικής αντοχής στο σκυρόδεµα, υπό την προϋπόθεση όµως ότι έχει προηγηθεί σωστή ανάµιξη των ινών.

Αγκύρια βράχου

Κεφάλες αγκυρίων σε πεσσοειδή διάταξη

Αγκύρια βράχου Μαζί µε το εκτοξευόµενο σκυρόδεµα αποτελούν τα βασικότερα µέτρα προσωρινής υποστήριξης σηράγγων, παρόντα στις περισσότερες των περιπτώσεων. •  Πλήρους πάκτωσης •  Διαστελλόµενα αγκύρια άµεσης ενέργειας (π.χ. τύπου swellex) •  Αυτοδιατρηούµενα (self-drilling)

Αγκύρια βράχου •  Χρησιµοποιούνται για τη σταθεροποίηση (αγκύρωση) επισφαλών όγκων που σχηµατίζονται λόγω των σχετικά αραιών ασυνεχειών. •  Η εµµονή και η απόσταση των ασυνεχειών θα καθορίσουν το µήκος και τον κάνναβο τοποθέτησής τους, ενώ τα διατµητικά χαρακτηριστικά των ασυνεχειών και ο προσανατολισµός τους την απαιτούµενη αντοχή των αγκυρίων. •  Σε περιπτώσεις βραχοµαζών όπου πιθανές αστοχίες θα συµβούν ξαφνικά και χωρίς προειδοποίηση, η ανάληψη φορτίων από τα αγκύρια θα πρέπει να είναι άµεση. Δεν προτιµώνται τα αγκύρια πλήρους πάκτωσης που µεταφέρουν τάσεις στο έδαφος µέσω ενέµατος αφού αυτό καθυστερεί να αναλάβει αντοχές. Καταλληλότερα κρίνονται τα διαστελλόµενα αγκύρια άµεσης ενέργειας, τα οποία µπορούν αµέσως να παραλάβουν σηµαντικά φορτία.

Αγκύρια βράχου • Στις περιπτώσεις που ο κυριότερος µηχανισµός αστοχίας είναι η δηµιουργία πλαστικής ζώνης γύρω από τη σήραγγα λόγω διατµητικής αστοχίας της βραχόµαζας, •  Σκοπός των αγκυρίων αποτελεί η συγκράτηση των παραµορφώσεων και η µείωση της αποδιοργάνωσης της βραχόµαζας:

• Τοποθέτηση αγκυρίων ικανού µήκους ώστε να αγκυρώνονται πέραν της ζώνης πλαστικοποίησης της βραχόµαζας, ώστε να µπορούν να συνεισφέρουν στον περιορισµό των συγκλίσεων. •  Πλήθος αγκυρίων µέσα στη πλαστική ζώνη: ένα αγκύριο µέσα σε µια ζώνη διατµητικών αστοχιών, µπορεί να βελτιώσει τις ιδιότητες µέσω της παρουσίας του ενέµατος που εισχωρεί και δεύτερον µέσω της ορθής τάσης που επιβάλλει στη βραχόµαζα που βρίσκεται ανάµεσα στην κορυφή και το άκρο του και έχει σαν αποτέλεσµα την αύξηση της διατµητικής της αντοχής.

Αγκύρια βράχου •  Κατά την τοποθέτηση αγκυρίων σε κατακερµατισµένους ή εύθρυπτους σχηµατισµούς, λόγω του κινδύνου κλεισίµατος του διατρήµατος από µικρά τεµάχη ή θραύσµατα βράχου, προτιµώνται αυτοδιατρηούµενα αγκύρια πλήρους πάκτωσης.

Κεφαλές αυτοδιατρηούµενων αγκυρίων

Αγκύρια βράχου

Κάνναβος αγκυρίων για την ενίσχυση της πίεσης υποστήριξης του κελύφους

Μεταλλικά πλαίσια τύπου ΗΕΒ

Μεταλλικά πλαίσια •  Παλαιότερα, µε βάση τις γνώσεις της εποχής, είχαν ένα εντελώς παθητικό ρόλο. Αρχικά, χρησιµοποιήθηκαν περισσότερο για την προστασία από κατάπτωση υλικών, χωρίς να συµµετέχουν στο µηχανισµό ανάληψης των φορτίων. Με βάση τα σηµερινά δεδοµένα τα µεταλλικά πλαίσια αποτελούν αναπόσπαστο κοµµάτι του σχεδιασµού των µέτρων προσωρινής υποστήριξης µίας σήραγγας, εντεταγµένα σε λογική κελύφους. •  Τοποθετούνται µε στόχο την ενίσχυση του κελύφους του εκτοξευόµενου σκυροδέµατος, ενσωµατωµένα σε αυτό. Τα πλαίσια που συνηθέστερα τοποθετούνται στις σήραγγες είναι πλατύπελµα διατοµής διπλού ταυ (HEB) ή δικτυωτά (Lattice girders) µε τρεις ή τέσσερις ράβδους. • 

Μεταλλικά πλαίσια •  Σε καταστάσεις όπου αναµένονται σηµαντικές παραµορφώσεις

i.  τοποθετούνται όσο το δυνατόν γρηγορότερα ii.  πλησιέστερα στο µέτωπο στης εκσκαφής iii.  εγκιβωτίζονται στο εκτοξευόµενο σκυρόδεµα iv.  προσφέρει το πλεονέκτηµα της δυνατότητας άµεσης

παραλαβής φορτίων µετά την τοποθέτηση και θεµελίωσή του, σε αντίθεση µε το σκυρόδεµα που απαιτεί κάποιο χρονικό διάστηµα προκειµένου να αναπτύξει τις αντοχές του

v.  η σηµαντικότερη συνεισφορά των πλαισίων δεν είναι ο περιορισµός των παραµορφώσεων µακροπρόθεσµα, αλλά η προσφορά άµεσης πίεσης στο κέλυφος. Επίσης, απαντώνται για τη στήριξη διατάξεων προπορείας, αν χρησιµοποιούνται τέτοιες.

Μεταλλικά πλαίσια τύπου ΗΕΒ

Μεταλλικά πλαίσια •  Τα πλαίσια συνδέονται µε διαµήκεις δοκούς. Η στήριξη των πλαισίων γίνεται µε την τοποθέτηση ζεύγους παθητικών αγκυρίων στη βάση τους («γραβάτα»).

Δοκοί Σύνδεσης Ζεύγος παθητικών αγκυρίων στη βάση των πλαισίων τους («γραβάτα»)

Μέτρα βελτίωσης των συνθηκών έδρασης του κελύφους

Μικροπάσσαλοι

Διεύρυνση δικτυωτού πλαισίου στη θέση θεµελίωσης του

κελύφους

Ελαφρά βλήτρα προπορείας (Spiles)


Πρόκειται για απλές ράβδους οπλισµού ή κοίλες δοκούς µικρής διαµέτρου:

•  µήκους (3-6m) (διαµέτρου Φ51 έως Φ76) •  τοποθετούνται υπό µικρή σχετικά γωνία (<20°) στο θόλο της σήραγγας •  τόξο εφαρµογής εύρους περίπου 120°. •  η στήριξή τους επιτυγχάνεται στην περιοχής της κεφαλής τους µέσω πάκτωσης (µε τη βοήθεια τσιµεντενέµατος) στη βραχόµαζα µπροστά από το µέτωπο, ενώ στο άκρο τους µέσω έδρασής τους στο κέλυφος της προσωρινής υποστήριξης. Εποµένως στις διατοµές όπου προβλέπεται η εφαρµογή τους, αναγκαία κρίνεται η τοποθέτηση ελαφρών µεταλλικών πλαισίων.


Εκσκαφή και υποστήριξη σε κατακερµατισµένη βραχόµαζα µε χρήση δοκίδων προπορείας (Marinos & Hoek, 2000)

Σταθεροποιηµένη σήραγγα από την προηγούµενη προχώρηση

Βήµα 1: Εκσκαφή περιµετρικής εγκοπής µε υδραυλικό σφυρί βάθους 1-1,5m. Αφήνετε φυσική αντηρίδα στο κέντρο του µετώπου για να διατηρήσει τον περιορισµό της βραχόµαζας Αντηρίδα µετώπου

Δακτυλιοειδής εγκοπή

Νέο στρώµα εκτ. σκυροδέµατος

Νέα αγκύρια

Νέα βλήτρα προπορείας

Βήµα 2: Αµέσως µετά την εκσκαφή της εγκοπής, εφαρµογή εκτοξευµένου σκυροδέµατος στην εκτεθείσα βραχόµαζα της εγκοπής για την συγκράτηση των µικρών τεµαχών. Εκτοξευµένο σκυρόδεµα και στην αντηρίδα είναι συνήθως απαραίτητο.

Βήµα 3: Εγκατάσταση νέων βλήτρων (επικαλυπτοµένων µε τα προηγούµενα) και νέων αγκυρίων αµέσως πίσω από το µέτωπο. Αφαίρεση της αντηρίδας. Η διατοµή είναι τώρα έτοιµη για την νέα φάση εκσκαφής

Οµπρέλα βαριών δοκών προπορείας (Forepole umbrella)

Οµπρέλα δοκών προπορείας


•  Χρησιµοποιείται κυρίως σε βραχόµαζες χαµηλής ποιότητας για την εξασφάλιση της ευστάθειας του µετώπου. •  Χρησιµοποιούνται επίσης σε διατοµές όπου η βραχόµαζα, ως εβρισκόµενη κοντά στην επιφάνεια µπορεί να είναι χαλαρωµένη. •  Για την κατασκευή των δοκών προπορείας διατρύονται οπές στο περίγραµµα του θόλου, στις οποίες τοποθετούνται διάτρητοι σωλήνες εντός των οποίων εισπιέζεται ένεµα. Το ένεµα µέσω των οπών διοχετεύεται στην περιοχή γύρω από το διάτρηµα.


Οµπρέλα δοκών προπορείας

Αγκύρια µετώπου – κυρίως Υαλόκαρφα (fiberglass)

Αγκύρια µετώπου fiberglass

Αντιστήριξη µετώπου •  Για την προστασία από µικρότερα τεµάχη βράχου αρκεί:

•  η άµεση εφαρµογή εκτοξευόµενου σκυροδέµατος •  η διαµόρφωση πυρήνα µετώπου. •  ενδείκνυται για προβλήµατα καταπτώσεων και καταρροής υλικού και όχι παραµορφώσεων.

διαµόρφωση πυρήνα µετώπου

«Κλείσιµο» του κελύφους υποστήριξης της Ά φάσης µε ινοπλισµένο σκυρόδεµα σε µορφή ανάστροφου τόξου (δάπεδο σήραγγας) σε περίπτωση έντονων παραµορφώσεων (τασικές

αστοχίες)

Προσωρινό ανάστροφο τόξο

Προσωρινό ανάστροφο τόξο •  Η κατασκευή του κρίνεται απαραίτητη κατά την κατασκευή σηράγγων σε µαλακούς, ασθενείς σχηµατισµούς σε µεσαία έως µεγάλα βάθη. •  Αποτελείται συνήθως από εκτοξευόµενο σκυρόδεµα οπλισµένο µε µεταλλικό πλέγµα και καταστρέφεται αργότερα κατά την εκσκαφή της κάτω ηµιδιατοµής. •  Σκοπός του είναι να διαµορφώσει ένα προσωρινό κλειστό κέλυφος στην άνω ηµιδιατοµή προκειµένου να αποτρέψει την ανύψωση του πυθµένα και την επακόλουθη αποδιοργάνωση της περιβάλλουσας βραχόµαζας και υπερφόρτιση των στοιχείων της υποστήριξης. •  Συµβάλλει σηµαντικά στην καλύτερη κατανοµή των τάσεων στο κέλυφος της επένδυσης και δεν επιτρέπει την αναπτύξει υψηλών καµπτικών ροπών σε αυτήν. Δευτερευόντως βοηθάει στην οµαλότερη µε ταφορά των τάσεων από τα ελεφαντοπόδαρα στο έδαφος έδρασης.

Μόνιµο ανάστροφο τόξο •  Η δηµιουργία ενός κλειστού ισχυρού κελύφους επένδυσης σε σήραγγα που διανοίγεται υπό συνθήκες σύνθλιψης είναι φυσικά περισσότερο αναγκαία µετά την εκσκαφή της κάτω ηµιδιατοµής, αφού οι αυξηµένες πια διαστάσεις του ανοίγµατος σηµαίνουν και δυσµενέστερες συνθήκες και το άνοιγµα θα µείνει έτσι µέχρι την µόνιµη επένδυση. •  Συνίσταται η όσο το δυνατόν πιο έγκαιρη κατασκευή του προσωρινού ανάστροφου τόξου και το κλείσιµο της διατοµής όσο το δυνατόν πλησιέστερα στο µέτωπο εκσκαφής. •  Κάτι τέτοιο δεν είναι εύκολο όταν η εκσκαφή γίνεται σε δύο φάσεις και ιδιαίτερα όταν τοποθετούνται ταυτόχρονα δοκοί προπορείας. •  Καταστάσεις σύνθλιψης στην Ιταλία αντιµετωπίζονται σε προσεκτική και συνεχή ενίσχυση του µετώπου χωρίς δοκούς προπορείας και ολοµέτωπη εκσκαφή µε κατασκευή ισχυρού άκαµπτου κλειστού δακτυλίου επένδυσης.

Μόνιµο ανάστροφο τόξο

Α΄Φάση

Β΄Φάση

Invert (Μόνιµο ανάστροφο τόξο)

Ολισθαίνουσα (ενδίδουσα) υποστήριξη

Καµπύλη σύγκλισης - αποτόνωσης για την άνω βαθµίδα σήραγγας σε συνθήκες σύνθλιψης. Το άκαµπτο σύστηµα ποστήριξης αστοχεί λόγω

υπερφόρτισης ενώ το εύκαµπτο σύστηµα συγκλίνει και επιτυγχάνει ευστάθεια σε παραµόρφωση περίπου 0,3m στο παράδειγµα αυτό (Hoek and

Marinos, 2001)

• Το εύκαµπτο σύστηµα υποστήριξης ακολουθεί τ η ν κ α µ π ύ λ η συµπεριφοράς το οποίο ξεκινάει να συγκλίνει σε µικρά φορτία. Το ποσό της σύγκλισης µπορεί να ελεγχθεί, και όταν οι π ρ ο κ α θ ο ρ ι σ µ έ ν ε ς παραµορφώσεις λάβουν χώρα , το σύστηµα υ π ο σ τ ή ρ ι ξ η ς «κλειδώνει» και τότε λειτουργεί ως άκαµπτο.


Ολισθαίνοντα πλαίσια στις παρειές. Διακρίνεται το πλέγµα για την προστασία των εργαζοµένων από καταπτώσεις (Σήραγγα St. Gotthard, Ελβετία)


Ολισθαίνοντα πλαίσια στο θόλο (Σήραγγα St. Gotthard, Ελβετία)

Επίδραση των υπογείων υδάτων στις µηχανικές ιδιότητες

•  Ανάγκη συνεπώς για αποστράγγιση (αποστραγγιστικές οπές - διατρήσεις)

Αποστραγγιστικές οπές

Αποστραγγιστικές και ανακουφιστικές οπές

•  Τα προβλήµατα που δηµιουργούνται από την παρουσία υπόγειων νερών κατά τη διαδικασία εκσκαφής και υποστήριξης της σήραγγας, αφορούν

•  την όχληση της κατασκευαστικής διαδικασίας •  τη φόρτιση και ευστάθεια του κελύφους της προσωρινής υποστήριξης και του µετώπου εκσκαφής (περιπτώσεις όπου η περατότητα των σχηµατισµών είναι µικρή ή και αµελητέα, σηµαντική είναι η ανακούφιση των υδατικών πιέσεων στο κέλυφος της προσωρινής υποστήριξης. Για το λόγο αυτό προβλέπεται η διάτρηση, µετά την κατασκευή του κελύφους, ανακουφιστικών οπών στην περίµετρο της εκσκαφής, σε µήκος και κάνναβο που εξαρτάται από την περατότητα του σχηµατισµού.

ΜΗΧΑΝΟΠΟΙΗΜΕΝΗ ΟΡΥΞΗ ΣΗΡΑΓΓΩΝ

Γεωλογικοί περιορισµοί και γεωτεχνικά θέµατα στη µηχανική διάνοιξη σηράγγων.

Επιλογή Μηχανήµατος

Η µηχανοποιηµένη µέθοδος διάνοιξης σηράγγων

Α. Κριτήρια επιλογής µηχανηµάτων εκσκαφής

Γεωλογικά και γεωτεχνικά κριτήρια

• Οι γεωµορφολογικές συνθήκες στο χώρο της σήραγγας. • Τα γεωλογικά και γεωτεχνικά χαρακτηριστικά των γεωυλικών • Το καθεστώς των υπογείων νερών

Οι παράγοντες αυτοί συνδέονται άµεσα µε: • Την ευστάθεια του µετώπου εκσκαφής • Την ευστάθεια των τοιχωµάτων της σήραγγας • Τον έλεγχο των καθιζήσεων

Το Γεωλογικό Μοντέλο


Α. Κριτήρια επιλογής µηχανηµάτων εκσκαφής

Άλλα κριτήρια

•  Η τοποθεσία της σήραγγας σε αστικό περιβάλλον

•  Η αλληλεπίδραση της µε υφιστάµενες κατασκευές

•  Το χρονοδιάγραµµα του τεχνικού έργου

•  Περιβαλλοντικές παράµετροι (θόρυβος, δονήσεις κλπ)


Β. Τύποι µηχανηµάτων ΤΒΜ βάσει των προς εκσκαφή γεωυλικών

ΤΒΜ

Ανοικτού τύπου ΤΒΜ βράχου (Rock TBM)

για σκληρούς βράχους και ισχυρές βραχόµαζες

Με ασπίδα (Shield) για ασθενείς βραχόµαζες και εδαφικά γεωυλικά

Με συµβατική υποστήριξη µετώπου (Ανοικτού µετώπου)

Με άσκηση πίεσης επί του µετώπου

(Κλειστού µετώπου)

Μονή ασπίδα (Single Shield)

Διπλή ασπίδα (Double Shield)

Εξισορρόπησης της εδαφικής πίεσης

(ΕΡΒ)

Πολφού µπετονίτη (Slurry Shield)

Συµπιεσµένου αέρα (Compressed air)



Μηχάνηµα Μονής Ασπίδας (Single Shield TBM)



Μηχάνηµα Διπλής Ασπίδας (Double Shield TBM)



Μηχάνηµα Ασπίδας Πολφού (Slurry Shield TBM)


Γ. ΤΒΜ µε µηχανική υποστήριξη του µετώπου (ΤΒΜ βράχου-Rock TBM)

•  Ανήκει στη κατηγορία ανοικτής ασπίδας (Open Shield)

•  Χρησιµοποιείται σε κερµατισµένες και ασθενείς βραχόµαζες ή µαλακούς βράχους

•  Το µηχάνηµα διαθέτει : 1.  Ασπίδα (Shield) 2.  Κυλίνδρους ωθήσεως (Thrust

cylinders) 4.  Κεφαλή κοπής (Cutting wheel) 5.  Κιβωτιοειδή χείλη (muck bucket

lips) 6.  Σύστηµα µεταφοράς (conveyers)

Στην εικόνα παρουσιάζεται και ο δακτύλιος σκυροδέµατος (3)

Κάντε «κλικ» για να εκκινήσει το

βίντεο


Ε. Μηχάνηµα εξισορρόπησης της εδαφικής πίεσης (ΕΡΒ)

ΣΤ. Μηχάνηµα πολφού µπετονίτη (Slurry Shield)

•  Το εκσκαφέν υλικό χρησιµοποιείται για υποστήριξη στο µέτωπο . Πρέπει να είναι εύπλαστο. Όπου χρειάζεται χρησιµοποιούνται χηµικά πρόσθετα.

•  Είναι κατάλληλο για σχηµατισµούς όπου επικρατούν λεπτόκοκκα και µικρής διαπερατότητας γεωυλικά.

•  Η εφαρµογή του δυσχεραίνεται σε αδρόκοκκους σχηµατισµούς και υπό καθεστώς υψηλών υδροστατικών πιέσεων.

•  Χαρακτηρίζεται από τρεις καταστάσεις λειτουργίας:

1.  Ανοικτή (Open Mode) 2.  Κλειστή (Closed Mode) 3.  Ηµι-ανοικτή (Semi-open mode)

•  Το έδαφος διαποτίζεται από πολφό µπετονίτη ασκώντας πίεση επί του µετώπου καθώς εκσκάπτεται.

•  Είναι κατάλληλα για σχηµατισµούς όπου επικρατούν αδρόκοκκοι σ χ η µ α τ ι σ µ ο ί , υ ψ η λ ή ς διαπερατότητας γεωυλικά και υψηλές υδροστατικές πιέσεις.

•  Δεν ενδείκνυται για χρήση σε εδαφικούς σχηµατισµούς µε υψηλό ποσοστό λεπτόκοκκων καθώς δυσχεραίνεται ο διαχωρισµός και η ανακύκλωση του πολφού µπετονίτη.

ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑΣ ΚΑΙ ΥΠΟΣΤΗΡΙΞΗΣ ΒΡΑΧΟΜΑΖΩΝ ΚΑΤΑ ΤΗ ΔΙΑΝΟΙΞΗ

ΣΗΡΑΓΓΩΝ

Από την κλίµακα των χιλιοµέτρων στην κλίµακα του έργου (εκατοντάδων m).

V.Marinos et al. 2006

Εµπειρία από διάνοιξη σε χαοτικό µίγµα φλύσχη

Χαοτικό µίγµα ιλυολιθικού φλύσχη σε περιβάλλον της µεγάλης επώθησης της Πινδικής ενότητας πάνω στης Ιονίου

Υπερφορτισµένο κέλυφος


Προβλεφθείσες συγκλίσεις µε βάση το σcm και το υπερκείµενο po

Σήραγγα Δρίσκου

Hoek and Marinos,2001

Παραµορφωµένη πλάκα αγκύρωσης λόγω υπερφόρτισης του κελύφους της προσωρινής υποστήριξης

Αστοχία εκτοξευµένου σκυροδέµατος γύρω από ένα υπερφορτισµένο πλαίσιο

Διασχίζοντας εφιππεύσεις σε ψαθυρά υλικά (εδώ ασβεστολίθους): Κατασκευή τεχνικών έργων (σηράγγων-γεφυρών-πρανών)

(Εγνατία Οδός, Παραµυθιά)

από ΙΓΜΕ - IFP, 1966

από ΙΓΜΕ - IFP, 1966

Περιοχή έργων

Greek Geological Survey, Institut Francais du Petrol, (1966)

Η βραχόµαζα είναι έντονα κερµατισµένη και αποδιοργανωµένη από εφιππευτικές κινήσεις και

τεκτονικά ράκη

Κατακερµατισµένος ασβεστόλιθος σε κλίµακες «ράχεων» και όχι µεµονωµένων

ζωνών.

� Χαρακτηριστικά Βραχόµαζας: � Υψηλή γενικά αντοχή � Μεγάλη γωνία τριβής (ανάλογα και µε το αλληλοκλείδωµα) � Μικρή γενικά συνεκτικότητα � Καλή έως πτωχή αλληλεµπλοκή των τεµαχών του. Το σφικτό κλείδωµα των τεµαχών περιορίζει τη βραχόµαζα και της προσδίδει ευστάθεια ενώ το πτωχό δηµιουργεί συνθήκες «επέκτασης» και ευκολότερης περιστροφής των τεµαχών που χωρίς άµεσο περιορισµό σε µία σήραγγα «απελευθερώνονται» και καταρρέουν.

� Πιθανή εµφάνιση αργιλικών υλικών ανάµεσα στα τεµάχη που µειώνουν την τριβή και διευκολύνουν την περιστροφή τους.

Συµπεριφορά σε υπόγεια έργα

Καταρροή βραχόµαζας σε περιβάλλον

κατακερµατισµένου ασβεστολίθου

Μικρή γενικά συνεκτικότητα. Το πτωχό κλείδωµα των τεµαχών δ η µ ι ο υ ρ γ ε ί σ υ ν θ ή κ ε ς ευκολότερης περιστροφής το υ ς που χωρ ί ς άµ εσο περιορισµό σε µία σήραγγα «απελευθερώνοντα ι» κα ι καταρρέουν.

Εµπειρία από διάνοιξη σε οφιολιθικούς σχηµατισµούς

Εµπειρίες από διάνοιξη σηράγγων σε οφιολιθικό περιβάλλον

Η γεωλογική ιδιαιτερότητα της ευρύτερης περιοχής της σήραγγας έγκειται στη µεταβολή της ποιότητας των γεωυλικών από την παρουσία µαζί µε τους υγιείς περιδοτιτες και σερπεντινιωµένων περιδοτιτών καθώς και των σχιστοποιηµένων - εξαλλοιωµένων περιδοτιτών και γάββρων στο βάθος της σήραγγας. Τύπος ΙΙ-IV

Κατάπτωση τύπου καµινάδας σε έντονα σερπεντινιωµένο και αποσαθρωµένο οφιόλιθο

Εµπειρία από διάνοιξη σε οφιολιθικούς σχηµατισµούς

Διέλευση περιοχής αστοχίας µε διπλή οµπρέλλα προπορείας

Α υ τ ή η γ ε ω µ ε τ ρ ί α διαταράσσεται σηµαντικά, κ α θ ώ ς τ α ο φ ι ο λ ι θ ι κ ά συµπλέγµατα εµφανίζονται κατά κύριο λόγο σε τεκτονικές ζ ώ ν ε ς µ ε ε π α λ λ η λ ί α πολλαπλών επωθήσεων. Ο µεταµορφισµός, που επίσης συµµετέχει στη διαδικασία, αλλάζει την αρχική φύση των υλικών. Ο υψηλός βαθµός σερπεντινίωσης και οι έντονες διατµητικές κινήσεις συχνά δυσχεραίνουν την αναγνώριση της αρχικής σύστασης και υφής των συσσωρεύσεων.

(από τους Foucault και Raoult 1995 µε απλοποιηµένες περιγραφές).

Γεωλογικό Πρότυπο Οφιολιθικού Συµπλέγµατος

•  Σερπεντινίωση είναι ο µετασχηµατισµός σιδηροµαγνησιούχων ορυκτών, και συγκεκριµένα του ολιβίνη σε σερπεντίνη – ένα ορυκτό µε ινώδη ή φυλλώδη µορφή. Αυτή η ασυνήθης εξαλλοίωση είναι ένα φαινόµενο αυτοενυδάτωσης, το οποίο συµβαίνει κατά τις τελευταίες φάσεις κρυστάλλωσης του µάγµατος, όπου υπάρχει πλεόνασµα νερού. Αυτό το νέο πέτρωµα είναι αρχικά συµπαγές, λιγότερο ισχυρό που εύκολα µπορεί να διατµηθεί από τεκτονικές διεργασίες.

Η σερπεντινίωση µπορεί επίσης να αναπτυχθεί κάτω από εξωγενείς συνθήκες µε µετεωρικό νερό και σε κανονικές διεργασίες αποσάθρωσης.


–  Ποικιλία πετρογραφικών τύπων µε σύνθετη και ακατάστατη ανάπτυξη ήδη από την πρωτογενή τους τοποθέτηση.

–  Αλλεπάλληλες λεπιώσεις στο αρχικό στάδιο της εξέλιξης της περιοχής, που δηµιούργησαν τεκτονικά µίγµατα µε χαοτική δοµή και εποµένως µε µεγάλη ανοµοιογένεια

–  Ανάµιξη µε ακατάστατα σύνολα κερατολίθων, αργιλικών σχιστολίθων

–  Παρουσία ηφαιστιτών που συµµετέχουν στην σύνθεσή του και έχουν συχνά µετατραπεί σε χλωριτικούς και σερικιτικούς σχιστόλιθους

Γεωλογικό πρότυπο Συνθετότητα Οφιολιθικού Συµπλέγµατος

•  Οφιολιθικό Σύµπλεγµα – Σύνθετη βραχόµαζα

» Η σερπεντινίωση της βραχόµαζας µε τους διαφόρους τρόπους γένεσης αλλά και ανάπτυξής της είναι ακανόνιστη και δηµιουργεί µεγάλη συνθετότητα στην οριοθέτηση συγκεκριµένων ζωνών περιδοτίτη, σερπεντινιωµένου περιδοτίτη, σερπεντινίτη και σχιστοποιηµένου σερπεντινίτη.

» Υπάρχουν τεκτονικές εναλλαγές µε άλλα γεωυλικά όπως οι σχιστοκερατόλιθοι

– Ασθενής βραχόµαζα » Σερπεντινίωση / Φυλλοποίηση / Αργιλοποίηση » Τεκτονική καταπόνηση Κερµατισµός - σχιστοποίηση - διάτµηση Αργιλοποίηση ζωνών

Τεχνικογεωλογικό Πρότυπο Ασθενείς και Σύνθετες βραχόµαζες

οφιολιθικού συµπλέγµατος

Τεχνικογεωλογικό Πρότυπο Ασθενείς και Σύνθετες βραχόµαζες

οφιολιθικού συµπλέγµατος

Οι βασικοί τύποι του οφιολιθικού συµπλέγµατος είναι:

I.  Μη σερπεντινιωµένος οφιόλιθος (περιδοτίτης – γάββρος)

II.  Σερπεντινιωµένος περιδοτίτης – γάββρος III.  Έντονα σερπεντινιωµένος περιδοτίτης ή σερπεντινίτης

µε πιθανές ζώνες φυλλοποιηµένου σερπεντινίτη IV.  Φυλλοποιηµένος σερπεντινίτης (διατµηµένοι

σερπεντινίτες, και χαοτικές µάζες σε οφιολιθικά τεκτονικά µίγµατα)

V.  Οφιολιθικό σύµπλεγµα µε σχιστοκερατόλιθους

Τεχνικογεωλογικό Πρότυπο Διακριτοποίηση τύπων βραχόµαζας

Περιδοτίτες - Τύπος I : •  Ανθεκτικά πετρώµατα µε πολύ µεγάλη αντοχή

(µερικές δεκάδες MPa έως πάνω από 100 MPa)

•  Η τεκτονική τους διαταραχή εκφράζεται σε σχέση µε τις τεµνώµενες διακλάσεις, οι οποίες κατανέµονται ανάλογα µε την κατάσταση των τάσεων κάτω από τις οποίες δηµιουργήθηκαν.

•  Η κατάσταση των διακλάσεων είναι τραχείες µε καλή έως πολύ καλή ποιότητα

Τεχνικογεωλογικό Πρότυπο Οφιολιθικού συµπλέγµατος

Περιδοτίτες - Τύπος I :


Τύπος I •  Η βραχόµαζα µπορεί να είναι σχεδόν συµπαγής

µε λίγες µόνο ασυνέχειες σε αραιά διαστήµατα, ακόµα και κοντά στην επιφάνεια σε τεκτονικά ήρεµες περιοχές ή σε ζώνες «τεκτονικής σκιάς».

•  Οι υψηλές τιµές του δείκτη GSI µπορούν να αποδοθούν σε αυτό το είδος περιδοτικής µάζας (GSI µεγαλύτερος του 65 – περιοχή 1 στο σχετικό διάγραµµα).


Σερπεντινιωµένοι Περιδοτίτες - Τύπος IΙ •  Οι τιµές του σci που χρησιµοποιούνται για το σχεδιασµό σηράγγων στην Ελλάδα είναι ~ 50 MPa.

•  Η τεκτονική τους διαταραχή εκφράζεται σε σχέση µε τις τεµνώµενες διακλάσεις, οι οποίες κατανέµονται ανάλογα µε την κατάσταση των τάσεων κάτω από τις οποίες δηµιουργήθηκαν.

•  Η σερπεντινίωση, ως αποτέλεσµα µίας τυπικής διαδικασίας αποσάθρωσης ή µίας διαδικασίας εξαλλοίωσης προερχόµενης από ενδογενή αίτια, µπορεί να εµφανίζεται στην επιφάνεια ασυνεχειών. Σε τέτοιες περιπτώσεις, οι αρχική τραχεία κατάσταση των διακλάσεων µειώνεται δραµατικά σε πτωχή ή πολύ πτωχή, µε επιστρώσεις λείων και ολισθηρών υλικών, όπως ο σερπεντινίτης ή ακόµα και ο τάλκης.


Τύπος IΙ •  Όταν η βραχόµαζα εµφανίζει αρκετές διακλάσεις ή είναι κερµατισµένη οι τιµές του GSI µειώνονται ως το 40, όχι µόνο εξαιτίας διαταραγµένης δοµής αλλά και εξαιτίας των συνθηκών των ασυνεχειών, οι οποίες τις περισσότερες φορές έχουν γίνει λείες και ολισθηρές λόγω της σερπεντινίωσης.

•  Οι τιµές του δείκτη GSI µπορούν να αποδοθούν από 40 έως 55 – περιοχή 1 στο σχετικό διάγραµµα).


Για τους Σερπεντινίτες – Τύπος ΙΙΙ: •  Η µέτρηση της αντοχής του άρρηκτου πετρώµατος, σci, τέτοιων βραχωδών µαζών είναι πάντοτε προβληµατική. Όταν ελέγχονται σχιστοποιηµένοι σερπεντινίτες, η επίδραση της «σχιστότητας» προκαλεί σηµαντική µείωση της αντοχής µεγάλου µέρους των δειγµάτων.

•  Κατά συνέπεια, είναι πολύ δύσκολο να καταλήξουµε σε αξιόπιστες τιµές για την σci από εργαστηριακές δοκιµές και συνίσταται να υπολογίζεται η µονοαξονική αντοχή του σχιστοποιηµένου σερπεντινίτη µε βάση εκείνη του κανονικού σερπεντινίτη µειωµένη κατά 30% για να ερµηνεύσουµε τη σχιστότητα.

•  Από περιπτώσεις στη βόρεια Ελλάδα, θεωρείται ότι η τιµή των 40 MPa µπορεί να είναι ρεαλιστική για την µονοαξονική αντοχή (σci) του σερπεντινίτη και 30 MPa για το σχιστοποιηµένο σερπεντινίτη.


Για τους Σερπεντινίτες – Τύπος ΙΙΙ: •  Η µέτρηση της αντοχής του άρρηκτου πετρώµατος, σci, τέτοιων βραχωδών µαζών είναι πάντοτε προβληµατική. Όταν ελέγχονται σχιστοποιηµένοι σερπεντινίτες, η επίδραση της «σχιστότητας» προκαλεί σηµαντική µείωση της αντοχής µεγάλου µέρους των δειγµάτων.

•  Κατά συνέπεια, είναι πολύ δύσκολο να καταλήξουµε σε αξιόπιστες τιµές για την σci από εργαστηριακές δοκιµές και συνίσταται να υπολογίζεται η µονοαξονική αντοχή του σχιστοποιηµένου σερπεντινίτη µε βάση εκείνη του κανονικού σερπεντινίτη µειωµένη κατά 30% για να ερµηνεύσουµε τη σχιστότητα.

•  Από περιπτώσεις στη βόρεια Ελλάδα, θεωρείται ότι η τιµή των 40 MPa µπορεί να είναι ρεαλιστική για την µονοαξονική αντοχή (σci) του σερπεντινίτη και 30 MPa για το σχιστοποιηµένο σερπεντινίτη.

Συµπαγής σερπεντινίτης

Σχιστοποιηµένος σερπεντινίτης


Τύπος IΙΙ •  Όταν η σερπεντινίωση οφείλεται σε αποσάθρωση που έχει επηρεάσει το σύνολο της βραχόµαζας υπάρχει εκτεταµένος θρυµµατισµός της δοµής της βραχόµαζας.

•  Εάν η διαδικασία της σερπεντινίωσης οφείλεται σε αυτοµεταµορφισµό ή/και σχετίζεται µε τεκτονική ώθηση, η βραχοµάζα είναι πτωχή, µε σχιστώδη, διαταραγµένη δοµή, η οποία µπορεί να µειώσει το δείκτη GSI στο 30 ή και σε χαµηλότερες τιµές

•  Τέτοιοι διαταραγµένοι περιδοτίτες εντάσσονται στο τµήµα της περιοχής 3 του διαγράµµατος GSI µε τιµές 25 έως 40.


Διατµηµένοι-Φυλλώδεις Σερπεντινίτες Τύπος IV: •  Έλλειψη τεµαχώδους δοµής, η οποία επιτρέπει στο πέτρωµα να θρυµµατιστεί σε ολισθηρά φυλλώδη κοµµάτια και µικρές φολίδες µεγέθους εκατοστών ή χιλιοστών.

•  Οι τιµές του δείκτη GSI µπορεί να πέσουν κάτω από το 20 .

•  Η αντοχή του άρρηκτου πετρώµατος µπορεί να κυµαίνεται από 20 έως 5 MPa ή και λιγότερο.


Τύπος IV •  Οι τιµές του δείκτη GSI µπορεί να πέσουν κάτω από το 20.


Οφιολιθικό σύµπλεγµα µε σχιστοκερατόλιθους – Τύπος V:

•  Συχνά εµφανίζουν έντονη καταπόνηση (σχιστοποίηση). Η δοµή αν και είναι σχιστώδης εµφανίζεται αρκετά συνεκτική λόγω της καλής συναρµογής των οφιολιθικών τεµαχών µε τους σχιστοκερατόλιθους.

•  Ανάλογα πόσο επικρατεί η διατµηµένη µάζα έναντι των κερµατισµένων τεµαχών τόσο των οφιολίθων αλλά και των σχιστοποιηµένων µεταηφαιστιτών η δοµή είναι από έντονα διαταραγµένη-αποδιοργανωµένη έως φυλλώδη.

•  Οι τιµές του δείκτη GSI µπορεί να κυµανθεί από το 20 έως 35 .


Πεδία προβολής GSI των χαρακτηριστικών βραχοµαζών του οφιολιθικού συµπλέγµατος. Το βασικό χαρακτηριστικό των βραχοµαζών είναι η σερπεντινίωση ως φαινόµενο µεταβολής τόσο των χαρακτηριστικών ασυνεχειών αλλά σε ορισµένες περιπτώσεις και της δοµής. Επίσης, ένα άλλο χαρακτηριστικό είναι η µεταβολή της δοµής από τη διάτµηση της βραχόµαζας.

Τεχνικογεωλογικό Πρότυπο Σύστηµα Ταξινόµησης GSI για Οφιόλιθους

Ι

ΙΙ

ΙΙΙ

ΙV

Τεχνικογεωλογικό Πρότυπο Σύστηµα Ταξινόµησης GSI για Οφιόλιθους

Τεχνικογεωλογική συµπεριφορά οφιολιθικού συµπλέγµατος

Τεχνικογεωλογική συµπεριφορά I. Ολίσθηση σφηνών ανάλογα µε τη γεωµετρία των ασυνεχειών και της σήραγγας. Ελάχιστες εισροές - σταγόνες. Σε µεγάλα βάθη εκτόξευση φλοιών πετρώµατος.

Τεχνικογεωλογική συµπεριφορά II. Ολίσθηση σφηνών ανάλογα µε τη γεωµετρία των ασυνεχειών και της σήραγγας. Μικρές έως µέτριες εισροές (ανάλογα και την θέση του Υ.Ο.). Πιθανότητα πιο ευρείας κατάπτωσης αν απαντάται έντονη σερπεντινίωση - φυλλοποίηση στις ασυνέχειες οι οποίες αποχωρίζουν ευκολότερα τα τεµάχη. Σε µεγάλα βάθη η βραχόµαζα είναι πιο περιορισµένη και αναµένονται κυρίως σφηνοειδείς ολισθήσεις.

Τεχνικογεωλογική συµπεριφορά III. Πιθανότητα σηµαντικών καταπτώσεων τύπου καµινάδας λόγω του έντονου κερµατισµού. Ολίσθηση ακανόνιστων µπλοκ λόγω της µαλακής βραχόµαζας οι οποίες δεν ορίζονται από συγκεκριµένα συστήµατα ασυνεχειών. Μικρές εισροές (ανάλογα και την θέση του Υ.Ο.) λόγω της έντονης σερπεντινίωσης - αργιλοποίησης διαφορών ζωνών. Σε µεγάλα βάθη αναπτύσονται µέτριες παραµορφώσεις λόγω της αποµείωσης του άρρηκτου βράχου από ένα χαµηλο GSI αλλά και της χαµηλής αντοχής του άρρηκτου βράχου.

Τεχνικογεωλογική συµπεριφορά IV. Ανάλογα µε την πίεση των υπερκειµένων αλλά και το πόσο µικρή είναι η αντοχή του "άρρηκτου" τεµάχους παρατηρούνται µικρές έως µεγάλες παραµορφώσεις. Όταν η παρουσία τέτοιας ποιότητας είναι εντοπισµένη σε συγκεκριµένες θέσεις (π.χ. περιοχή θεµελίωσης της διατοµής) ή απαντάται σε ζώνη µε συγκεκριµένη διεύθυνση σε σχέση µε τη σήραγγα µπορεί να παρατηρηθούν ανισότροπες παραµορφώσεις. Από την άλλη όταν αυτές οι ζώνες είναι περιορισµένες σε έκταση ή περιβάλλονται σε µικρή απόσταση από καλής ποιότητας περιδοτίτη οι παραµορφώσεις περιορίζονται.

Βιβλιογραφία - Προδιαγραφές

•  Ο.Σ.Μ.Ε.Ο: Εγνατία Όδός Α.Ε. (Οδηγίες Σύνταξης Μελετών Εγνατίας Οδού) •  Προδιαγραφές Αττικό Μετρό για τη σύνταξη Γεωλογικών και Τεχνικογεωλογικών Μέλετών.

•  Goricki, W., Schubert, G., Riedmueller, G., 2004. New Developments for the design and construction of tunnels in complex rock masses. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 41(3), CD-ROM.

•  Goricki A., Rachaniotis N., Hoek E., Marinos P., Tsotsos S. and Schubert W., 2006. Support Decision criteria for tunnels in fault zones. Felsbau, 24(5).

•  Goodman, R., 1993. Engineering Geology. Publ. John Wiley & Sons, Inc. •  Hoek, E., 1994. Strength of rock and rock masses. ISRM News Journal, 2(2),

pp. 4-16. •  Hoek, E., 1999. Putting numbers to geology - an engineers’s viewpoint. The

Second Glossop Lecture. Quarterly Journal of Engineering Geology, 32(1), pp. 1-19.

•  Hoek, E., 1999. Support for very weak rock associated with faults and shear zones. In: Villaescusa, E., Windsor, C.R. and Thompson, A.G. (eds). Rock support and reinforcement practice in mining, pp. 19-32.


•  Hoek, E., 2000. Big tunnels in bad rock. 2000 Terzaghi lecture. ASCE Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 127(9), pp. 726-740.

•  Hoek, E., 2007. Practical Rock Engineering. Notes on Internet (www.rocscience.com/hoek/hoek.asp).

•  Hoek, E., Brown. E,T., 1980. Underground excavations in rock. Institution of Mining and Metallurgy, London.

•  Hoek, E., Brown, E.T., 1997. Practical estimates or rock mass strength. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences & Geomechanics Abstracts, 34(8), pp. 1165-1186.

•  Hoek, E., Carranza-Torres, C., Corkum, B., 2002. Hoek - Brown failure criterion - 2002 edition. In: Bawden H.R.W., Curran, J., Telesnicki, M. (eds). Proceedings of NARMS-TAC 2002, Toronto, pp. 267-273.

•  Hoek, E., Kaiser, P.K., and Bawden, W.F., 1995. Support of underground excavations in hard rock. Rotterdam, Balkema.


•  Hoek, E., Marinos, P., 2000. Predicting tunnel squeezing in weak heterogeneous masses. Tunnels and Tunnelling International, Part 1—November Issue 2000, pp. 45-51; Part 2—December 2000, pp. 34-36.

•  Hoek, E., Marinos P., 1998-2006. Panel of experts Egnatia Reports. •  Hoek, E., Marinos, P. and Benissi, M., 1998. Applicability of the Geological

Strength Index (GSI) classification for very weak and sheared rock masses. The case of the Athens Schist Formation. Bulletin of Engineering Geology and the Environment, 57(2), pp. 151-160.

•  Hoek, E., Marinos, P., and Marinos, V., 2004. Characterization and engineering properties of tectonically undisturbed but lithologically varied sedimentary rock masses. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 42(2), pp. 277-285.

•  Hoek, E., Marinos, P., Kazilis, N., Agistalis, G., Rahaniotis, N., Marinos, V., 2006. Greece’s Egnatia highway tunnels. Tunnels and Tunnelling International, September issue, pp. 32-35.


•  Loew, S., Ziegler, H-J., Keller, F., 2000. Alptransit: Engineering Geology of the world’s longest tunnel system.. In: Proceedings of the GeoEng2000 at the international conference on geotechnical and geological engineering, Melbourne, Technomic publishers, Lancaster, pp. 927-932.

•  Lunardi, P., 2000. The design and construction of tunnels using the approach based on the analysis of controlled deformations in rocks and soils. Tunnels and Tunnelling International, May 2000, pp. 3-30. Available at www.rocksoil.com.

•  Marinos, G., 1974. Geology of Orthrys andissues on its ophiolites. Ann Géol d Pays Helléniques, University of Athens, 26, pp. 118-148.

•  Marinos, P., 2005. Experiences in tunnelling through karstic rocks. Proceedings of International Conference CVIJIC 2005: water resources and environmental problems in Karst, pp. 617-644.

•  Marinos, P., Hoek, E., 2000. GSI: a geologically friendly tool for rock mass strength estimation. In: Proceedings of the GeoEng2000 at the international conference on geotechnical and geological engineering, Melbourne, Technomic publishers, Lancaster, pp. 1422-1446.


•  Marinos, P., Hoek, E., Marinos, V., 2005. Variability of the engineering properties of rock masses quantified by the geological strength index: the case of ophiolites with special emphasis on tunnelling. Bulletin of Engineering Geology and the Environment, 65(2), pp. 129-142.

•  Marinos, P., Hoek, E., Rahaniotis, N., Agistalis, G., Marinos, V., 2006. The tunnels of Egnatia Highway. Experiences in a variety of rock masses under complex geological conditions. Πρακτικά 5ου Πανελλήνιου Συνεδρίου Γεωτεχνικής και Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, Ξάνθη 2006.

•  Marinos, V., Marinos, P., Hoek, E., 2005. The geological strength index: applications and limitations. Bulletin of Engineering Geology and the Environment, 64, pp. 55-65.

•  Muller, L., 1988. The influence of engineering geology and rock mechanics in tunnelling. Bulletin of the International Association of Engineering Geology, 38, pp. 5-13.

•  Palmstrom, A., Stille, H., 2007. Ground behaviour and rock engineering tools for underground excavations. Tunnelling and Underground Space Technology, 27, pp. 363-376.


•  Potsch, M., Schubert, W., Goricki, A., Steidl, A., 2004. Determination of Rock Mass Behaviour Types - a Case Study. EUROCK 2004 and 53th Geomechanics Colloquium, Schubert ed., VGE publ.

•  Schubert, W., 1996. Dealing with squeezing conditions in Alpine tunnels. Rock Mechanics and Rock Engineering, 29(3), pp. 145-153.

•  Russo, G., 1994. Some considerations on the applicability of major geomechanical classifications to weak and complex rocks in Tunnelling. GEAM, March issue, pp. 63-70.

•  Schubert, W. and Riedmueller, G., 2000. Tunnelling in fault zones-state of the art in investigation and construction. Felsbau 18(2), pp. 8-17.

•  Καββαδάς Μ., 2005. Σηµειώσεις σχεδιασµού υπογείων έργων. Εκδόσεις ΕΜΠ.

•  Μαρίνος Β . (2011). Παρουσιάσεις µαθήµατος «Γεωλογικές και Περιβαλλοντικές Μελέτες Τεχνικών Έργων».

•  Μουντράκης, Δ.Μ., 2010. Γεωλογία της Ελλάδας. UNIVERSITY STUDIO PRESS. Θεσσαλονίκη.

•  Παπανικολάου, Δ.Ι., 2003. Γεωλογία της Ελλάδας. Εκδόσεις Πανεπιστηµίου Αθηνών.

texniki_geologia_8o_mathima_eystatheia_

Documents

Transcript of texniki_geologia_8o_mathima_eystatheia_