Θέµατα Ευστάθειας και Υποστήριξης Σηράγγων σε Περιβάλλον Φλύσχη. Εµπειρίες από το Σχεδιασµό και Κατασκευή Σηράγγων στην Ελλάδα

Transcript

1 Θέµατα Ευστάθειας και Υποστήριξης Σηράγγων σε Περιβάλλον Φλύσχη. Εµπειρίες από το Σχεδιασµό και Κατασκευή Σηράγγων στην Ελλάδα Tunnel Stability and Support Issues in a Flysch Environment. Experiences from Tunnel Design and Construction in Greece ΜΑΡΙΝΟΣ, Β. ΦΟΡΤΣΑΚΗΣ, Π. ΠΡΟΥΝΤΖΟΠΟΥΛΟΣ, Γ. ρ. ΕΜΠ, Τεχνικός Γεωλόγος Πολιτικός Μηχανικός, MSc, Υπ. ιδάκτωρ, ΕΜΠ Πολιτικός Μηχανικός, MSc, Υπ. ιδάκτωρ, ΕΜΠ ΠΕΡΙΛΗΨΗ : Ο φλύσχης, λόγω της σηµαντικής ετερογένειάς του, της συµµετοχής γεωυλικών µε χαµηλή αντοχή και της τεκτονικής διαταραχής, παρουσιάζει µεγάλο φάσµα τεχνικογεωλογικής συµπεριφοράς κατά τη διάνοιξη σηράγγων. Στη συγκεκριµένη εργασία περιγράφονται οι κρίσιµοι µηχανισµοί αστοχίας και η συµπεριφορά της βραχόµαζας για κάθε έναν από τους οµαδοποιηµένους τύπους φλύσχη. Στη συνέχεια, λαµβάνοντας υπόψη και στοιχεία από κατασκευασµένες πλέον σήραγγες της Εγνατίας Οδού, προτείνονται γενικές αρχές και κατευθύνσεις για τη φιλοσοφία των µέτρων άµεσης υποστήριξης ανά τύπο βραχόµαζας. ABSTRACT : The engineering geological behaviour of flysch in tunnel excavation lies within a large spectrum due to the heterogeneity of the rockmass, the participation of incompetent geomaterials and the tectonic disturbance. The present paper describes the critical failure mechanisms and the rockmass behaviour for every rockmass type of flysch. Furthermore, taking into account data from already constructed tunnels in Egnatia Highway, the general principles and directions for the design of the immediate support measures are proposed. 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η πολυπλοκότητα και η ποικιλία που παρουσιάζει ο φλύσχης ως προς τη λιθολογία, τη δοµή, την τεκτονική καταπόνηση και κατ επέκταση τη συµπεριφορά του στην κατασκευή τεχνικών έργων καθιστούν χρήσιµο τον ξεχωριστό τεχνικογεωλογικό χαρακτηρισµό του. Συγκεκριµένα, στη διάνοιξη σηράγγων σε φλυσχικό περιβάλλον είναι δυνατόν να απαντηθούν όλες οι πιθανές τεχνικογεωλογικες συµπεριφορές και µηχανισµοί αστοχίας. Ο σχηµατισµός του φλύσχη αποτελεί ένα σύστηµα πετρωµάτων, τα οποία µε τη σειρά τους σχηµατίζουν πολλαπλούς συνδυασµούς βραχοµαζών. Απαντάται κυρίως σε περιοχές οι οποίες έχουν πλέον πρόσφατη γεωλογική δραστηριότητα και όχι σε παλαιότερα κράσπεδα (όπου συναντώνται µεταµορφωµένες µορφές του). Στον ελληνικό χώρο απαντάται σε πολλές περιοχές. Στην παρούσα εργασία περιγράφεται για κάθε τύπο του φλύσχη χωριστά η τεχνικογεωλογική συµπεριφορά κατά τη διάνοιξη σηράγγων και οι κρίσιµοι µηχανισµοί αστοχίας και παρουσιάζονται συστάσεις για τα µέτρα άµεσης υποστήριξης. Οι προτάσεις αυτές βασίζονται σε επί τόπου παρατηρήσεις, επεξεργασία αποτελεσµάτων εργαστηριακών δοκιµών, ανάστροφες αριθµητικές αναλύσεις και κυρίως σε αξιολόγηση δεδοµένων µελέτης και κατασκευής από δώδεκα σήραγγες που διανοίχθηκαν σε περιβάλλον φλύσχη κατά µήκος της Εγνατίας Οδού. Για την αξιοποίηση των πληροφοριών αυτών, χρησιµοποιήθηκε η βάση δεδοµένων για σήραγγες (TIAS-Tunnel Information Analysis System) για την διαχείριση και πολλαπλή αξιολόγηση δεδοµένων (Marinos, 2007). 6ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, 29/09 1/ , Βόλος 1

2 2. ΓΕΩΛΟΓΙΚΟ ΚΑΙ ΤΕΧΝΙΚΟΓΕΩΛΟΓΙΚΟ ΠΡΟΤΥΠΟ Ο φλύσχης αποτελείται συνήθως από συνεχείς εναλλαγές στρωµάτων ψαµµίτη και λεπτόκοκκων πηλιτικών υλικών (ιλυόλιθοι, αργιλόλιθοι και αργιλικοί σχιστόλιθοι) και συνδέεται µε την τεκτονική εξέλιξη µιας λεκάνης ιζηµατογένεσης. Κλείνει τον κύκλο ιζηµατογένεσης πριν την παροξυσµική πτύχωση και ορογένεση της λεκάνης, αφού είχε ήδη προηγηθεί χέρσευση στη γειτονική περιοχή που προσέφερε κλαστικά υλικά από τη διάβρωσή της. Το σύστηµα µπορεί να περιλαµβάνει και κροκαλοπαγείς ή ασβεστολιθικές στρώσεις. Φλύσχης απαντάται σε πολλές ενότητες στην Ελλάδα, όπως στην ενότητα των Παξών, της Ιονίου, της Γαβρόβου- Τρίπολης, της Πίνδου, του Παρνασσού, της Βοιωτίας αλλά και σε µεταµορφωµένες µορφές των εσωτερικών ενοτήτων. Στο φλυσχικό περιβάλλον παρουσιάζονται διαφορετικοί χαρακτήρες, εξαρτώµενοι κυρίως από τη σχετική θέση ως προς τα τεκτονικά φαινόµενα µεγάλης κλίµακας. Στις ζώνες µεγάλων επωθήσεων, η περιοχή έχει επηρεαστεί τεκτονικά σε ευρεία κλίµακα ενίοτε µε εξαφάνιση της διακριτοποίησης συγκεκριµένων δοµών. Συχνά χαρακτηρίζεται από τεκτονικές λεπιώσεις, οι οποίες έχουν διαταράξει έντονα τα πλαστικά µέλη (ιλυόλιθους, αργιλικούς σχιστόλιθους και λεπτοστρωµατώδεις εναλλαγές ιλυολίθων - ψαµµιτών), δηµιουργώντας σειρά ζωνών διατµηµένων υλικών. Σε περιοχή µε λεπιώσεις, πίσω από το κύριο µέτωπο µιας µεγάλης επώθησης, είναι δυνατόν να µην απαντώνται σε µεγάλο µήκος τα υλικά των ζωνών εφίππευσης (χαοτικά τεκτονικά µείγµατα), αλλά να παρουσιάζεται οµαλή στρωµατογραφική ακολουθία των φλυσχικών σχηµατισµών που αποτελούνται κυρίως από ψαµµιτικά πετρώµατα που αντιστάθηκαν κατά τις πτυχώσεις. Η ιδιαιτερότητα των φλυσχικών σχηµατισµών επικεντρώνεται στην ποικίλλουσα ετερογένεια, την έντονη στρωσιγένεια µε µεγάλη εµµονή, τη συµµετοχή γεωυλικών µε χαµηλή αντοχή και την τεκτονική διαταραχή, ως καταστροφή της αρχικής δοµής. Ενώ ο σχηµατισµός είναι συνολικά αδιαπέρατος, υπόγεια νερά είναι πιθανό να κινούνται στους ψαµµιτικούς ορίζοντες, δίχως τη δυνατότητα πολλές φορές εκτόνωσης των αναπτυσσόµενων υδατικών πιέσεων καθώς παγιδεύονται στους πιο αργιλικούς ορίζοντες. Η παρουσία του νερού στα πλαστικά µέλη της σειράς αποµειώνει τα µηχανικά χαρακτηριστικά τους. Η αποσάθρωση, ενώ δρα έντονα, κυρίως µε τον µηχανισµό της σχιστοποίησης σχάσης, στα ιλυολιθικά στρώµατα, συνήθως δεν συνεχίζεται σε βάθος. Σχήµα 1. Περιγραφή και βαθµονόµηση των αντιπροσωπευτικών τύπων του φλύσχη Figure 1. Description and classification of the characteristic flysch types 6ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, 29/09 1/ , Βόλος 2

3 Για την αξιολόγηση των τεχνικογεωλογικών χαρακτηριστικών και του γεωτεχνικού χαρακτηρισµού των βραχοµαζών, ο φλύσχης ταξινοµείται σε 11 λιθότυπους (I έως ΧΙ) ανάλογα µε τα ποσοστά συµµετοχής των ψαµµιτικών έναντι των ιλυολιθικών µελών και την τεκτονική τους διαταραχή (Μαρίνος 2007, Σχήµα 1). Για τη βαθµονόµηση του φλύσχη έχει προταθεί ένα νέο διάγραµµα ταξινόµησης GSI (Marinos, 2007) µε το οποίο αναθεωρείται το διάγραµµα των Marinos & Hoek (2001), τόσο ως προς τη θέση των εκεί ταξινοµηµένων τύπων φλύσχη όσο και µε την προσθήκη νέων τύπων. Με το νέο διάγραµµα, η έντονη παρουσία του ιλυολίθου λαµβάνεται υπόψη αρνητικά, µόνο στις έντονα διαταραγµένες τεκτονικά βραχόµαζες. Στην περίπτωση, όµως, εκείνων των αδιατάρακτων ή ασθενώς µόνο κερµατισµένων δοµών που επικρατεί ο ιλυόλιθος, οι τιµές GSI πρέπει να λαµβάνονται αρκετά πιο µεγάλες, όπως τεκµηριώνονται από τις εµπειρίες κατασκευής σηράγγων σε αυτούς τους τύπους, πλησιάζοντας αυτές των αντίστοιχων ψαµµιτικών τύπων φλύσχη. Η παρουσία του ιλυολίθου µειώνει πάντως την τιµή του GSI, λόγω της πτωχής ποιότητας των ασυνεχειών του. Στο διάγραµµα αυτό προτείνονται αυξήσεις των τιµών του GSI από 10 έως και 35 για τις µέτρια διαταραγµένες έως αδιατάρακτες δοµές αντίστοιχα. Τα ανωτέρω στηρίζονται στην εµπειρία διάνοιξης σε σήραγγες, µε παρουσία ιλυολίθων ακόµα και σε µέτρια διαταραγµένες δοµές, όπου δεν παρατηρήθηκαν οι αναµενόµενες µε βάση τη µελέτη συγκλίσεις και τελικά, τοποθετήθηκαν ελαφρύτερες διατοµές άµεσης υποστήριξης. 3. ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΕΧΝΙΚΟΓΕΩΛΟΓΙΚΗΣ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑΣ ΚΑΤΑ ΤΗ ΙΑΝΟΙΞΗ Ο φλύσχης, όπως αναλύθηκε µέχρι τώρα παρουσιάζει, πολλές µορφές και µπορεί να απαντηθεί µε ακραίες ποιότητες στη διάνοιξη σηράγγων. Οι ποικίλες αυτές µορφές και οι συχνά πολύ χαµηλές γεωτεχνικές του ιδιότητες οδηγούν πολλές φορές σε γενικευµένες συντηρητικές θεωρήσεις και σε υπερδιαστασιολόγηση των κατηγοριών άµεσης υποστήριξης. Έπειτα όµως από την εµπειρία που αποκτήθηκε από τη διάνοιξη πολλών χιλιοµέτρων σηράγγων σε περιβάλλον φλύσχη, είναι δυνατόν να προσεγγιστεί καλύτερα η τεχνικογεωλογική και γεωτεχνική του συµπεριφορά και κατ επέκταση να εκτιµηθούν τα πλέον κατάλληλα µέτρα άµεσης υποστήριξης για τον αποτελεσµατικό αλλά και οικονοµικότερο σχεδιασµό σηράγγων σε τέτοιο περιβάλλον. Ο φλύσχης µπορεί να παρουσιάζεται ευσταθής, ακόµα και σε µεγάλα υπερκείµενα, να αστοχεί µε σφηνοειδείς ολισθήσεις ή µε ευρύτερες καταπτώσεις τύπου καµινάδας, αλλά και να προκαλεί µεγάλες παραµορφώσεις ακόµα και κάτω από µέτρια υπερκείµενα. Η συµπεριφορά ελέγχεται από τα κύρια τεχνικογεωλογικά χαρακτηριστικά αλλά και από τις επιτόπου συνθήκες τάσεων, υπογείων νερών και άλλων συνοριακών συνθηκών (π.χ. ζώνη πολύ πτωχής ή πολύ καλής ποιότητας σε άµεση γειτνίαση µε το υπόγειο έργο). Η µελέτη της συµπεριφοράς των διαφόρων τύπων έγινε από την εξέταση χαρτογραφήσεων των µετώπων διάνοιξης, πρωτοκόλλων καταπτώσεων, δελτίων συγκλίσεων και βέβαια επιτόπου παρατηρήσεων σε πάρα πολλά µέτωπα και σε διαφορετικές φάσεις διάνοιξης των σηράγγων. Βέβαια η συµπεριφορά της βραχόµαζας µπορεί να επηρεαστεί ανάλογα µε τη διατάραξη λόγω της εκσκαφής και την ποιότητα της κατασκευής, αλλά η εξωγενής αυτή παράµετρος αφορά σε ειδικές περιπτώσεις και χάνεται µέσα στα συµπεράσµατα που προκύπτουν από τη διάνοιξη µεγάλου πλήθους σηράγγων. Η έρευνα αυτή έγινε µε την επεξεργασία δεδοµένων µέσα από τη βάση TIAS. Στη συνέχεια παρατίθεται ένα πλαίσιο συµπεριφοράς για κάθε τύπο βραχόµαζας του φλύσχη (I έως ΧΙ). Τύπος Ι. Η συµπεριφορά της βραχόµαζας είναι έντονα ανισότροπη και ελέγχεται από τον προσανατολισµό των ασυνεχειών, κυρίως της στρώσης, σε σχέση µε τον προσανατολισµό της σήραγγας. Σαν αποτέλεσµα υπάρχει πιθανότητα εκδήλωσης αποκολλήσεων και ολισθήσεων σφηνών. Οι ολισθήσεις είναι πιθανό να εκδηλωθούν κατά µήκος ιλυολιθικών φιλµ που σποραδικά απαντώνται στις επιφάνειες των στρώσεων. Σε σηµαντικά µεγάλα βάθη φαινόµενα ήπιας ψαθυρής θραύσης µπορεί να εµφανισθούν. Τύπος ΙΙ. Η συµπεριφορά της βραχόµαζας ελέγχεται από τη χαµηλή αντοχή του ιλυολίθου και το βάθος διάνοιξης. Σε µεγάλα βάθη αναπτύσσονται µικρές παραµορφώσεις, ενώ σε µικρά βάθη οι συνθήκες είναι γενικά ευσταθείς και ανάλογα µε τη γεωµετρία των ασυνεχειών σε σχέση µε τον προσανατολισµό της σήραγγας µπορεί να εκδηλωθούν αποκολλήσεις και σφηνοειδείς ολισθήσεις. 6ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, 29/09 1/ , Βόλος 3

4 Τύπος ΙΙΙ. Η συµπεριφορά της βραχόµαζας είναι ανισότροπη και παρουσιάζει οµοιότητες µε αυτήν του Τύπου I. Οι ολισθήσεις σφηνών είναι πιθανό να συµβούν κατά µήκος των ιλυολιθικών ενστρώσεων λόγω της µειωµένης διατµητικής τους αντοχής. Όπου η βραχόµαζα είναι πιο χαλαρή και αποσαθρωµένη και δεν υπάρχει ικανή πλευρική συµπίεση µπορεί να προκύψουν περιορισµένες καταπτώσεις τύπου καµινάδας. Τύπος ΙV. Η συµπεριφορά της βραχόµαζας είναι ανισότροπη. Σε περίπτωση δυσµενούς γεωµετρίας των ασυνεχειών, κυρίως της στρώσης, σε σχέση µε τον προσανατολισµό της σήραγγας, µπορεί να εκδηλωθούν αποκολλήσεις και σφηνοειδείς ολισθήσεις. Οι ολισθήσεις αυτές είναι πιθανό να συµβούν κατά µήκος των ιλυολιθικών ενστρώσεων. Προβλήµατα υπερεκσκαφών µπορεί να εµφανιστούν όταν τα στρώµατα είναι παραοριζόντια και κυρίως όταν η βραχόµαζα είναι λεπτοστρωµατώδης. Όπου η βραχόµαζα είναι πιο χαλαρή και αποσαθρωµένη και δεν υπάρχει ικανή πλευρική παρεµπόδιση µπορεί να προκύψουν καταπτώσεις τύπου καµινάδας. Τύπος V. Η συµπεριφορά της βραχόµαζας προσεγγίζει την ισότροπη όσον αφορά στις παραµορφώσεις αν και συχνά µπορεί να παρατηρηθούν δοµικές αστοχίες πάγκων ιλυολίθου και ψαµµίτη. Ελέγχεται από τη χαµηλή αντοχή του ιλυολίθου και σε µέτρια βάθη εκδηλώνονται µικρές παραµορφώσεις. Υπό χαµηλά υπερκείµενα οι συνθήκες είναι γενικά ευσταθείς, αλλά ανάλογα µε τη γεωµετρία των ασυνεχειών µπορεί να εκδηλωθούν αποκολλήσεις και σφηνοειδείς ολισθήσεις. Κοντά στην επιφάνεια µπορεί να εκδηλωθούν πιο εκτεταµένες υπερεκσκαφέςκαταπτώσεις τύπου καµινάδας λόγω αποσάθρωσης και σχιστοποιηµένης δοµής. Τύπος VΙ. Η συµπεριφορά της βραχόµαζας πλησιάζει αρκετά αυτήν του Τύπου V. Εντούτοις, η µειωµένη και µη συστηµατική συµµετοχή του ψαµµίτη γενικά υποβαθµίζει τη συνολική αντοχή και συνοχή της βραχόµαζας (άρα και µειωµένο GSI) µε αποτέλεσµα τα προβλήµατα καταπτώσεων τύπου καµινάδας και παραµορφώσεων να είναι γενικά εντονότερα. Όταν ο προσανατολισµός της φύλλωσης-διάτµησης είναι συγκεκριµένος και έχει γενικά µεγάλη κλίση, µπορούν να αναπτυχθούν ανισότροπες παραµορφώσεις. Τύπος VIΙ. Η συµπεριφορά της βραχόµαζας µπορεί να θεωρηθεί πλέον ως ευλόγως ισότροπη. Ελέγχεται από τη χαµηλή αντοχή του άρρηκτου βράχου και κάτω από µέτρια υπερκείµενα αρχίζουν να εκδηλώνονται µικρές παραµορφώσεις. Μπορούν βέβαια τοπικά, ανάλογα µε τη γεωµετρία των ασυνεχειών, να εκδηλωθούν και αποκολλήσεις ή µικρές σφηνοειδείς ολισθήσεις, οι οποίες βοηθούνται από τις ιλυολιθικές ενστρώσεις. Λόγω του σχετικά ικανοποιητικού αλληλοκλειδώµατος της βραχόµαζας που της προσδίδει η πτυχωµένη δοµή της δεν αναµένονται ευρείες καταπτώσεις παρά µόνο σε αποσαθρωµένες συνθήκες κοντά στην επιφάνεια. Τύπος VIIΙ. Η συµπεριφορά της βραχόµαζας είναι σαφώς ισότροπη. Λόγω της χαµηλής αντοχή του ιλυολίθου, σε µέτρια υπερκείµενα αρχίζουν να εκδηλώνονται παραµορφώσεις. Ενδεχοµένως τοπικά να εκδηλώνονται αποκολλήσεις και µικρές σφηνοειδείς ολισθήσεις κατ αναλογία µε τον προηγούµενο τύπο. Λόγω του σχετικά καλού βαθµού αλληλοκλειδώµατος της βραχόµαζας που της προσδίδει η πτυχωµένη δοµή της δεν αναµένονται ευρείες καταπτώσεις παρά µόνο σε έντονα αποσαθρωµένες συνθήκες σε πολύ µικρό βάθος. Εκεί απαιτείται ιδιαίτερη προσοχή διότι µπορεί να εκδηλωθούν σηµαντικές υπερεκσκαφές-καταπτώσεις τύπου καµινάδας λόγω αποσάθρωσης και σχιστοποιηµένης δοµής. Τύπος ΙX. Τονίζεται ότι η µορφή αυτή δεν είναι χαρακτηριστική ενός τυπικού φλύσχη, καθώς τα ιλυολιθικά πετρώµατα γενικά δεν παρουσιάζουν τόσο υψηλές αντοχές ώστε να παραµορφωθούν τυπικά ψαθυρά. Συχνά όµως απαντάται σε σειρές τύπου φλύσχη όπως ο Αθηναϊκός Σχιστόλιθος και συναντήθηκε στα έργα του Μετρό των Αθηνών. Η συµπεριφορά της βραχόµαζας είναι ισότροπη. Ελέγχεται από την αποδιοργανωµένη δοµή και µετά την εκσκαφή µπορεί να αρχίσει να καταρρέει λόγω βαρύτητας. Ενώ η ισοδύναµη γωνία τριβής είναι µεγάλη, η ισοδύναµη συνοχή του αποδιοργανωµένου γεωυλικού είναι πρακτικά αµελητέα, εκτός αν υπάρχει δευτερογενώς λεπτοµερές υλικό που προσδίδει µία µικρή συνοχή στη βραχόµαζα. Στην περίπτωση όπου η δοµή είναι ανοικτή ή υπάρχει ασθενές δευτερογενές γεωυλικό ανάµεσα στα βραχώδη τεµάχη ή/και η παρουσία υπόγειου νερού είναι έντονη, η καταρροή αυτή είναι άµεση και εκτεταµένη και δε µπορεί εύκολα να αντιµετωπιστεί µέχρι το δηµιουργούµενο κενό να γεφυρωθεί ή να φτάσει στην επιφάνεια του εδάφους. Υπό µεγάλα υπερκείµενα, επειδή η βραχόµαζα αποτελείται από σηµαντικής αντοχής τεµάχη δεν εκδηλώνει σηµαντικές 6ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, 29/09 1/ , Βόλος 4

5 µετακινήσεις. Όµως η συνολικά πτωχή της ποιότητα ευθύνεται για, λιγότερο εκτενείς λόγω πιο σφικτής δοµής, καταρρεύσεις. Τύπος X Η συµπεριφορά της βραχόµαζας είναι σαφώς ισότροπη. Ελέγχεται από τη χαµηλή της αντοχή και τη µεγάλη της παραµορφωσιµότητα ώστε ακόµα και κάτω από µικρά έως µέτρια υπερκείµενα (~50m) µπορούν να εκδηλωθούν παραµορφώσεις. Σε µεγάλα βάθη οι παραµορφώσεις γίνονται πολύ σηµαντικές. Η βραχόµαζα έχει χαοτική δοµή και τα όποια ψαµµιτικά στρώµατα, που αρχικά τη δοµούσαν, πλέουν µέσα στην διατµηµένη µάζα, έχουν µετατραπεί σε πολύ µικρά κερµατισµένα τεµάχη και δεν ενισχύουν τη συµπεριφορά του συνόλου. Ιδιαίτερη προσοχή απαιτείται κοντά στην επιφάνεια διότι µπορεί να εκδηλωθούν υπερεκσκαφές. Ενδεικτική εµφάνιση βραχόµαζας που αντιστοιχεί στους τύπους Χ-ΧΙ φαίνεται στο Σχήµα 2. ιδιαίτερη προσοχή απαιτείται κοντά στην επιφάνεια όπου µπορεί να εκδηλωθούν σηµαντικές υπερεκσκαφές λόγω της χαλαρότητας-αποσάθρωσης και της φυλλοποιηµένης, εύθρυπτης δοµής. Σχήµα 3. Τοπικός λυγισµός µεταλλικού πλαισίου λόγω υπερφόρτισης του κελύφους της άνω ηµιδιατοµής (Σήραγγα ρίσκου). Figure 3. Local buckling of steel sets due to overloading of the top heading shell (Driskos Tunnel) Σχήµα 2. Έντονα διατµηµένος ιλυόλιθος µε λεπτές ενστρώσεις ψαµµίτη (Τύπος Χ-ΧΙ) Figure 2. Heavily sheared siltstone with thin sandstone layers (Type X-XI) Τύπος XI. Η συµπεριφορά της βραχόµαζας εύλογα θεωρείται ισότροπη. Ελέγχεται από την πολύ χαµηλή αντοχή και τη µεγάλη παραµορφωσιµότητα της βραχόµαζας ώστε ακόµα και σε µικρά έως µέτρια βάθη (~50m) µπορούν να εκδηλωθούν αξιόλογες παραµορφώσεις. Σε µεγαλύτερα υπερκείµενα (~>50m) οι συνθήκες σύνθλιψης µπορεί να είναι έντονες έως πολύ έντονες (Marinos et αl. 2006, Tsatsanifos et al and Grasso et al. 2005). προκαλώντας ορισµένες φορές αστοχία των άκαµπτων διατοµών λόγω υπερφόρτισης του κελύφους (Σχήµα 3), οδηγώντας στην υιοθέτηση εύκαµπτου συστήµατος υποστήριξης για την παραλαβή των µεγάλων θλιπτικών φορτίων (Σχήµα 4). Επίσης, Σχήµα 4. Ολισθαίνουσα υποστήριξη σε έντονα διατµηµένο µε χαοτική δοµή ιλυόλιθο (Τύπος ΧΙ) που εφαρµόστηκε στη σήραγγα Μετσόβου για την αντιµετώπιση συνθηκών σύνθλιψης Figure 4. Sliding support in heavily sheared flysch with chaotic structure (Type XI) implemented in Metsovo tunnel for severe squeezing conditions Στην περίπτωση των τύπων Χ και ΧΙ παρατηρείται µία επιπλέον δυσκολία όσον αφορά στην εκτίµηση των παραµέτρων άρρηκτου βράχου, καθώς είναι δύσκολο να ληφθούν αντιπροσωπευτικά δείγµατα. Εξαιτίας της τεκτονικής καταπόνησης οι παράµετροι 6ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, 29/09 1/ , Βόλος 5

6 που προκύπτουν από τις εργαστηριακές δοκιµές όπου είναι δυνατή η εκτέλεση τους προσεγγίζουν περισσότερο αυτές της βραχόµαζας και όχι του άρρηκτου βράχου. Στις περιπτώσεις αυτές ο πλέον αξιόπιστος τρόπος για την εκτίµηση των παραµέτρων είναι οι ανάστροφες αναλύσεις, θέτοντας, όµως, αποδεκτά φάσµατα των τιµών µε βάση τη γεωτεχνική λογική. Σχετικώς αναφέρονται οι εργασίες των Marinos et al. (2006) και Grasso et al (2005), στις οποίες µέσω ανάστροφων αναλύσεων προτείνονται τιµές γεωτεχνικών παραµέτρων για βραχόµαζες που ανήκουν στον τύπο ΧΙ του φλύσχη. Στο Σχήµα 5 παρουσιάζονται οι συγκλίσεις ανυποστήρικτης διατοµής οι οποίες εκτιµήθηκαν µε βάση το λόγο σ cm /p o, (Hoek & Marinos, 2000) ανά τύπο φλύσχη και προκύπτουν τα υπερκείµενα όπου αρχίζουν τα προβλήµατα παραµορφώσεων (κατηγορίες A, B, C, D, E, Hoek & Marinos, 2000). Για τους εν λόγω υπολογισµούς θεωρήθηκαν οι ακόλουθες τιµές παραµέτρων: (α) αντοχή άρρηκτου βράχου για ιλυόλιθο σ ci =15MPa και για ψαµµίτη σ ci =40MPa, (β) σταθερά m i για ιλυόλιθο 7 και για ψαµµίτη 17, (γ) παράµετρο διατάραξης D=0 και (δ) ειδικό βάρος γ=25kn/m 3. Ειδικά για τον τύπο ΧΙ, οι παράµετροι του άρρηκτου βράχου ελήφθησαν αποµειωµένες (σ ci =5MPa, m i =5), καθώς επηρεάζονται από την τεκτονική καταπόνηση. Παραµόρφωση διατοµής, u/r (%) Ύψος υπερκειµένων H=500m H=200m H=100m H=50m I II III IV V VI VII VIII IX Τύπος φλύσχη >20% Α: Περιορισµένα προβλήµατα υποστήριξης Β: Μικρά προβλήµατα παραµορφώσεων C: Σοβαρά προβλήµατα σύνθλιψης D: Πολύ σοβαρά προβλήµατα σύνθλιψης E: Ακραία προβλήµατα σύνθλιψης X XI E D C B A Σχήµα 5. Εκτίµηση παραµορφώσεων ανυποστήρικτης διατοµής µε βάση τον λόγο σ cm /p o ανά τύπο φλύσχη Figure 5. Estimation of deformation for unsupported tunnel section with the ratio σ cm /p o per flysch type 4. ΦΙΛΟΣΟΦΙΑ - ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΕΙΣ ΑΜΕΣΗΣ ΥΠΟΣΤΗΡΙΞΗΣ Αντίστοιχο µε το µεγάλο φάσµα της συµπεριφοράς που παρουσιάζει ο φλύσχης, είναι προφανώς και το φάσµα των απαιτούµενων µέτρων άµεσης υποστήριξης. Οι πολύ δυσµενείς συνθήκες που αναµένοντο στο στάδιο της µελέτης των σηράγγων δηµιούργησαν σηµαντικές προκλήσεις στους γεωτεχνικούς µηχανικούς για τον σχεδιασµό της προσωρινής υποστήριξης. Πρωτοποριακές µέθοδοι εκσκαφής και υποστήριξης προτάθηκαν για τον περιορισµό και τον έλεγχο των παραµορφώσεων σε βραχόµαζες χαοτικές και υπό µεγάλες τάσεις υπερκειµένων µε βαριές άκαµπτες διατοµές αλλά και εύκαµπτες µε διατάξεις ολισθαίνουσας υποστήριξης (Goricki et al., 2006). Από την άλλη, σηµαντική ήταν και η συµβολή των επιτόπου µηχανικών των σηράγγων, οι οποίοι ανάλογα µε τα προβλήµατα που προέκυπταν στην κατασκευή στις δύσκολες γεωτεχνικά καταστάσεις µηχανεύοντο λύσεις και πρότειναν διαφοροποιήσεις. Οι κατευθύνσεις άµεσης υποστήριξης για κάθε βραχόµαζα φλύσχη παρουσιάζονται στο Σχήµα 6. Σκοπός της ακόλουθης περιγραφής των προτεινόµενων µέτρων υποστήριξης για κάθε τύπο του φλύσχη, είναι η χρήση τους ως µια πρώτη προσέγγιση στην επιλογή του τύπου και των χαρακτηριστικών της υποστήριξης, τα οποία κατόπιν θα πρέπει να ελεγχθούν µε τις κατάλληλες υπολογιστικές µεθόδους πριν καταλήξουν στο πλαίσιο µίας οριστικής µελέτης. Οι προτάσεις αυτές λαµβάνουν υπόψη τη συµπεριφορά της βραχόµαζας κατά τη διάνοιξη και τον κρίσιµο µηχανισµό αστοχίας, αλλά, φυσικά, δεν µπορούν να αντικαταστήσουν την πλήρη διαδικασία σχεδιασµού και τη διαστασιολόγηση των διατοµών υποστήριξης, προσαρµοσµένων στις συνθήκες και τις ιδιαιτερότητες κάθε έργου. Οι ρυθµοί προχώρησης (άνω ηµιδιατοµής σηράγγων Εγνατίας, ανοίγµατος εκσκαφής ~12m) των φλυσχικών σχηµατισµών µεταβάλλονται από m ανά ηµέρα για τους αδιατάρακτους τύπους (ανεξάρτητα αν είναι ψαµµιτικοί, Ι, ή ιλυολιθικοί, ΙΙ) και έως 1m για τους έντονα διαταραγµένους, διατµηµένους ή χαοτικούς τύπους (Χ ή ΧΙ). 6ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, 29/09 1/ , Βόλος 6

7 Σχήµα 6. Γενικές κατευθύνσεις για τα µέτρα άµεσης υποστήριξης ανά τύπο βραχόµαζας Figure 6. General directions for the immediate support measures for every flysch type 6ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, 29/09 1/ , Βόλος 7

8 5. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Ο φλύσχης είναι ένας ιδιαίτερος σχηµατισµός, λόγω των πτωχών γενικά ιδιοτήτων που εµφανίζει και των πολλών προβληµάτων που δηµιουργεί στα τεχνικά έργα. ιαµορφώνει ασθενείς και σύνθετες βραχόµαζες λόγω των εναλλαγών ικανών ψαµµιτικών στρωµάτων και µη ικανών ιλυολιθικών, αργιλοσχιστολιθικών στρωµάτων, της έντονης γενικά στρωσιγένειας, του ποικίλου πάχους των στρωµάτων, της τεκτονικής διαταραχής που µεταβάλλει την αρχική δοµή και µπορεί να δηµιουργήσει τεκτονικά µίγµατα και χαοτικές δοµές και του αργιλικού χαρακτήρα. Στη παρούσα εργασία περιγράφονται οι κρίσιµοι µηχανισµοί αστοχίας της βραχόµαζας και οι κατευθύνσεις για τη φιλοσοφία των µέτρων άµεσης υποστήριξης για κάθε ένα από τους οµαδοποιηµένους τύπους φλύσχη. Η συµπεριφορά των βραχοµαζών φλύσχη στα υπόγεια έργα µπορεί να είναι τόσο ισότροπη όσο και ανισότροπη ανάλογα µε τον κερµατισµό, τη µικροπτύχωση και την διάτµησή τους. Ο φλύσχης µπορεί να παρουσιάζεται ευσταθής, ακόµα και σε µεγάλα υπερκείµενα, να εµφανίζει σφηνοειδείς ολισθήσεις, λόγω της έντονης στρωσιγένειας κατά την ανάπτυξη των ικανών µελών του (ψαµµίτης) και να κατακρηµνίζεται σε ευρύτερες καταπτώσεις τύπου καµινάδας, λόγω του κερµατισµού του. Όταν περιλαµβάνει µέλη µε χαµηλή αντοχή (ιλυόλιθος, αργιλικός σχιστόλιθος) ή/και έχει διατµηµένη δοµή υφίσταται µεγάλες παραµορφώσεις ακόµα και σε µέτρια υπερκείµενα. Με βάση τα τεχνικογεωλογικά χαρακτηριστικά κάθε τύπου βραχόµαζας φλύσχη (τύποι Ι έως ΧΙ), εκτιµάται για διάφορα υπερκείµενα ο λόγος της ολικής αντοχής της βραχόµαζας προς την πίεση των υπερκειµένων, σ cm /p o και αντιστοιχείται το κατά περίπτωση µέγεθος παραµόρφωσης. Με βάση τα στοιχεία των διατοµών άµεσης υποστήριξης που εφαρµόστηκαν σε βραχόµαζες µε συγκεκριµένους συνδυασµούς παραµέτρων (GSI, σ ci, m i και τάσεις υπερκειµένων) αλλά και την τεχνικογεωλογική συµπεριφορά, ως προς τον τύπο της αστοχίας που µπορεί να εκδηλωθεί, προτείνονται κατευθύνσεις µε τα ενδεικτικά µέτρα άµεσης υποστήριξης, ως αρχές σχεδιασµού για κάθε τύπο φλυσχικής βραχόµαζας. 6. ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Ευχαριστίες εκφράζονται προς την Εγνατία Οδό Α.Ε. για την παροχή των πρωτογενών στοιχείων, τα οποία αξιολογήθηκαν από την Τράπεζα TIAS του σχετικού ερευνητικού προγράµµατος που η Εταιρία χρηµατοδότησε. 7. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 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). Grasso, P., Scotti, G., Blasini, G., Pescara, M., Floria, V. and Kazilis, N. (2005), Successful application of the observation design method to difficult tunnel conditions - Driskos Tunnel. In: Underground Space Use: Analysis of the Past and Lessons for the Future, London, Erdem & Solak (eds). pp , Taylor & Francis Group. Hoek, E. and Marinos, P. (2000), Predicting tunnel squeezing in weak heterogeneous masses. Tunnels and Tunnelling International, Part 1, November Issue 2000, pp ; Part 2, December 2000, pp Marinos, P. and Hoek, E. (2001), Estimating the geotechnical properties of a heterogeneous rockmass such as flysch. Bulleting of Engineering Geology and the Environment, Vol. 60, pp Marinos, V., Fortsakis, P. and Prountzopoulos, G. (2006), Estimation of rock mass properties of heavily sheared flysch using data from tunnelling construction. In: Proceedings of the 10 th IAEG International Congress, Nottingham, United Kingdom. Tsatsanifos, C.P., Mantziaras, P.M. and Georgiou, D. (2000), Squeezing rock response to NATM tunneling: A case study. In: Proceedings of the International Symposium on Geotechnical Aspects of Underground Construction in Soft Ground, Japan, Kusakabe, Fujita & Miyazaki (eds), pp , Rotterdam: Balkema. Μαρίνος, B. (2007), «Γεωτεχνική ταξινόµηση και τεχνικογεωλογική συµπεριφορά ασθενών και σύνθετων γεωυλικών κατά τη διάνοιξη σηράγγων». ιδακτορική διατριβή, Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. 6ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, 29/09 1/ , Βόλος 8