Ασκήσεις Τεχνικής Γεωλογίας 8 η Άσκηση

Transcript

1 Ασκήσεις Τεχνικής Γεωλογίας 8 η Άσκηση Αξιολόγηση τεχνικογεωλογικών συνθηκών κατά μήκος σήραγγας Β.Χρηστάρας Β. Μαρίνος Γεωλογίας Εργαστήριο και Υδρογεωλογίας Τεχνικής

2 ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΤΕΧΝΙΚΗΣ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ 8 η Άσκηση Σκοπός άσκησης: Η άσκηση επικεντρώνεται: Στην κατασκευή γεωλογικής τομής σήραγγας από επιφανειακές εμφανίσεις και γεωτρήσεις. Στον ορισμό τεχνικογεωλογικών τύπων (βραχόμαζας ή εδάφους). Στην εκτίμηση τεχνικογεωλογικής συμπεριφοράς (καταπτώσεις, συγκλίσεις, εισροές) κατά μήκος της σήραγγας. Στην προσέγγιση μέτρων άμεσης υποστήριξης (ποιοτικά).

3 ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ Εφαρμογή του σχεδιασμού Εκτίμηση των συνθηκών του εδάφους στον σχεδιασμό για την κατασκευή του έργου 1. Γεωλογικές συνθήκες 2. Μετάφρασή τους σε τεχνικογεωλογική συμπεριφορά ΓΕΩΛΟΓΙΚΟ ΠΡΟΣΟΜΕΙΩΜΑ 3. Τύπος γεωυλικού ιδιότητες + Περιβάλλον(τασικό πεδίο, υπόγεια νερά) ΜΟΝΤΕΛΟ ΓΕΩΥΛΙΚΟΥ Συμπεριφορά γεωυλικού έναντι αστοχίας Επιλογή των σωστών γεωτεχνικών παραμέτρων και των κατάλληλων κριτηρίων τεχνικής συμπεριφοράς ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ χρήση εμπειρικών, αναλυτικών-αριθμητικών μεθόδων

4 Μέθοδοι διάτρησης σηράγγων Οι μέθοδοι που χρησιμοποιούνται για τη διάνοιξη των σηράγγων είναι οι παρακάτω: Συμβατική μέθοδος διάνοιξης Με εκτίναξη Με απλά μέσα μηχανικής εκσκαφής Διάνοιξη με μηχανοποιημένο τρόπο (μηχάνημα ολομέτωπης κοπής -ΤΒΜ)

5 Σήραγγεσ με διάτρηση

6 Σήραγγεσ με διάτρηση Διάτρηση με «τσάπα» (μηχανική εκσκαφή)

7 Σήραγγεσ με διάτρηση (ΕΔΩ ΜΕ ΕΚΡΗΚΤΙΚΑ)

8 Η μηχανοποιημένη μέθοδοσ διάνοιξησ σηράγγων TBM TBM (Tunnel Boring Machine) ή αλλιώς... Μετροπόντικες Μηχάνημα Μονής Ασπίδας (Single Shield TBM)

9 Tunnel Design Flowchart

10 TUNNEL DESIGN FLOWCHART

11 TUNNEL DESIGN FLOWCHART

12 TUNNEL DESIGN FLOWCHART

13 The Design of Engineering Structures. Foundations on Rock Masses Excavations and Cuts Tunnels Needs the knowledge on the quality of the material on or in which the structure will be constructed odetect the possible rock mass types opredict the behaviour of each rock mass type oquantify its properties ( Putting numbers in Geology )

14 From the Geological Model to the Rock Mass model

15

16 Τύποι βραχόμαζας Διακρίνεται σύμφωνα με την: Αντοχή του άρρηκτου βράχου Δομή της βραχόμαζας Ποιότητα ασυνεχειών

17 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

18 Τύποι συμπεριφοράς της βραχόμαζας Ευσταθής Σφηνοειδείς ολισθήσεις αποκολλήσεις Παραμορφώσεις (μικρές ή μεγαλύτερες) με την εκδήλωση διατμητικών αστοχιών σε ζώνη περιμετρικά της σήραγγας Εκτίναξη βράχων Καταρροή γεωυλικού Ροή γεωυλικού με νερό Διόγκωση Ανισότροπες παραμορφώσεις

19 Κατηγορίεσ Τεχνικογεωλογικήσ Συμπεριφοράσ

20 Κατηγορίεσ Τεχνικογεωλογικήσ Συμπεριφοράσ

21 Κατηγορίεσ Τεχνικογεωλογικήσ Συμπεριφοράσ

22 Αστοχίες μέτρων προσωρινής υποστήριξης σήραγγας Παραδείγματα 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).

23 Αστοχίες μέτρων προσωρινής υποστήριξης σήραγγας Παραδείγματα Κατάπτωση τύπου καμινάδας (Σήραγγα Σ10, Εγνατίας Οδού)

24 Αστοχίες μέτρων προσωρινής υποστήριξης σήραγγας Παραδείγματα Κατάπτωση τύπου καμινάδας (σήραγγα Σ10, Εγνατίας Οδού)

25 Αστοχίες μέτρων προσωρινής υποστήριξης σήραγγας Παραδείγματα Καταρροή βραχόμαζας (Σήραγγα Σ1, Περιοχή Παραμυθιάς)

26 Αστοχίες μέτρων προσωρινής υποστήριξης σήραγγας Παραδείγματα Λύγισμα πλαισίων (σήραγγα Δρίσκου Εγνατίας Οδού)

27 Αστοχίες μέτρων προσωρινής υποστήριξης σήραγγας Παραδείγματα Ολίσθηση σφήνας από το μέτωπο (Σήραγγα περιοχής Πολύμυλου)

28 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.

29 Βήματα σχεδιασμού σήραγγας Εκτίμηση της συμπεριφοράς των βραχομαζών Ο διαχωρισμός της συμπεριφοράς κατά μήκος της σήραγγας: ομογενοποίηση όμοιων τεχνικογεωλογικών τύπων βραχόμαζας (και επιτόπου συνθηκών (π.χ. ύψος υπερκειμένων). Κάθε τμήμα θα πρέπει να ελέγχεται για διάφορους πιθανούς μηχανισμούς αστοχίας πρέπει να εφαρμόζονται διάφοροι μέθοδοι ανάλυσης (τόσο για βαρυτικές όσο και για παραμορφωσιακές αστοχίες).

30 Βήματα σχεδιασμού σήραγγας Προσδιορισμός των τύπων βραχόμαζας 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 Έτσι ένας τύπος βραχόμαζας είναι ένα σύνολο γεωυλικών με όμοιες μηχανικές, φυσικές ή και υδραυλικές ιδιότητες και όχι απαραίτητα ίδιων λιθολογιών. Ο αριθμός των τύπων αυτών εξαρτάται από τις επιτόπου συνθήκες γεωλογίας.

31 Βήματα σχεδιασμού σήραγγας Προσδιορισμός των τύπων βραχόμαζας Καθορισμός τύπων βραχόμαζας με βάσει: 1. Λιθολογία 2. Κερματισμός δομή (τεκτονισμός αλλά και στοιχεία γέννεσης όπως στρώσειςσχιστότητα) 3. Χαρακτηριστικά αποσάθρωσης 4. Χαρακτηριστικά περατότητας

32 Βήματα σχεδιασμού σήραγγας Εκτίμηση της συμπεριφοράς των 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.

33 Παράδειγμα βραχομαζών με ίδια τιμή βαθμονόμησης αλλά διαφορετική συμπεριφορά άρα και θεώρηση μέτρων άμεσης υποστήριξης

34 Εκτίμηση της συμπεριφοράς των βραχομαζών Παράδειγμα βραχομαζών με ίδια τιμή βαθμονόμησης αλλά διαφορετική συμπεριφορά άρα και θεώρηση μέτρων άμεσης υποστήριξης

35 κτίμηση Συμπεριφοράς ατά τη διάνοιξη σηράγγων ε συμβαστική μέθοδο

36

37 ΑΣΤΑΘΕΙΑ ΛΟΓΩ ΔΟΜΙΚΩΝ ΑΣΥΝΕΧΕΙΩΝ ΣΦΗΝΕΣ

38 Ταξινόμηση συμπεριφοράς βραχόμαζας για σήραγγες Αποστραγγιστική σήραγγα Φράγματος Θησαυρού Συμπεριφορά βραχόμαζας: Αστάθεια λόγω δομικών ασυνεχειών, π.χ σφήνες. (σε χαμηλές - μέσες τάσεις) Αρχές αντιμετώπισης: Περιορισμός χαλάρωσης και αποδιοργάνωσης της μάζας. Συγκράτηση διακριτών ασταθών τεμαχών Σχεδιασμός: Ανάλυση σφηνών

39

40 Σχέση αστάθειας λόγω σφηνών με τις διαστάσεις του υπογείου ανοίγματος

41 Υπόγειος θάλαμος στον υδροηλεκτρικό σταθμό Rio Grande. Έλεγχος αστάθειας σφηνών

42 Δυσμενής δομική διάταξη ασυνεχειών: Σφήνες Πτώση σφήνας Ολίσθηση σφήνας Τα απαραίτητα για την αντιμετώπιση: 1. Αναζήτηση και μετρήσεις του προσανατολισμού των σημαντικών ασυνεχειών που παρουσιάζουν και εμμονή 2. Προσδιορισμός των δυνητικών σφηνών που μπορούν να πέσουν ελεύθερα ή να ολισθήσουν από την οροφή ή τα τοιχώματα 3. Υπολογισμός του συντελεστού ασφαλείας αυτών των σφηνών ανάλογα με τον τρόπο αστοχίας

43 Σταθερή σφήνα Ελεύθερη πτώση σφήνας Πτώση σφήνας με ολίσθηση

44 Προσδιορισμός του σχήματος και όγκου σφήνας από 3 ασυνέχειες στην οροφή σήραγγας εύρους S και Υπολογισμός πίεσης υποστήριξης για την συγκράτηση σφήνας οροφής

45 ΚΑΤΑΡΡΟΗ (ΘΡΥΜΜΑΤΙΣΜΕΝΕΣ ΒΡΑΧΟΜΑΖΕΣ)

46 από ΙΓΜΕ - IFP, 1966 Διασχίζοντας εφιππεύσεις σε ψαθυρά υλικά (εδώ ασβεστολίθους): Κατασκευή τεχνικών έργων (σηράγγων-γεφυρών-πρανών) (Εγνατία Οδός, Παραμυθιά) από ΙΓΜΕ - IFP, 1966

47 Περιοχή έργων Greek Geological Survey, Institut Francais du Petrol, (1966)

48 Η βραχόμαζα είναι έντονα κερματισμένη και αποδιοργανωμένη από εφιππευτικές κινήσεις και τεκτονικά ράκη Κατακερματισμένος ασβεστόλιθος σε κλίμακες «ράχεων» και όχι μεμονωμένων ζωνών.

49 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

50 Συμπεριφορά σε υπόγεια έργα Καταρροή βραχόμαζας σε περιβάλλον κατακερματισμένου ασβεστολίθου Μικρή γενικά συνεκτικότητα. Το πτωχό κλείδωμα των τεμαχών δημιουργεί συνθήκες ευκολότερης περιστροφής τους που χωρίς άμεσο περιορισμό σε μία σήραγγα «απελευθερώνονται» και καταρρέουν.

51 Λατυποποιημένος ασβεστόλιθος. RQD=0. Προσέξτε όμως ότι η τρύπα του διατρήματος στέκεται λόγω του αλληλοκλειδώματος των τεμαχών της βραχόμαζας και την ανάπτυξη υψηλής αντοχής λόγω τριβής Περίπου 100mm

52 Μυλονιτιωμένος γνεύσιος στην σήραγγα Ασπροβάλτας

53 Σταθεροποιημένη σήραγγα από την προηγούμενη προχώρηση Δακτυλιοειδή ς εγκοπή Αντηρίδα μετώπου Νέο στρώμα εκτ. σκυροδέματος 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 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. Εκσκαφή και υποστήριξη σε κατακερματισμένη βραχόμαζα. Σε μικρά έως μέτρια υπερκείμενα (Marinos & Hoek, 2000) Νέα αγκύρια Νέα βλήτρα προπορείας 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

54 Σταθεροποίηση καταρρέουσας βραχόμαζας με ομπρέλα τσιμεντενέσεων (επίσης σταθεροποίηση και του μετώπου)

55 Παράδειγμα συμπεριφοράς κατά τη διάνοιξη σηράγγων σε βραχόμαζες 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

56 Χαοτικό μίγμα ιλυολιθικού φλύσχη σε περιβάλλον της μεγάλης επώθησης της Πινδικής ενότητας πάνω στης Ιονίου Η περιοχή δομείται από διατμημένο πλέον αργϊλοιλυολιθικό υλικό μέσα στο οποίο πλέουν ψαμμιτικά μπλοκ διαφόρων διαστάσεων. Δεν είναι δυνατή η διακριτοποίηση καλύτερης ή πτωχότερης ποιότητας ζωνών. Τα μπλοκ του ψαμμίτη δεν έχουν συγκεκριμένη γεωμετρία και μεγάλη συνέχεια στο χώρο. Η αξιολόγηση πυρήνων δειγματοληψίας σε αυτή την περίπτωση πρέπει να είναι ιδιαίτερα προσεκτική λόγω της φαινόμενης εναλλαγής ιλυολιθικών και ψαμμιτικών μελών όπου διαμορφώνουν μια συνεχή μάζα (pseudo-rqd)

57 Εμπειρία από διάνοιξη σε χαοτικό μίγμα φλύσχη Τύπος ΧΙ Γεωυλικά που διατηρούν την αρχική τους δομή συναντήθηκαν στην σήραγγα αλλά δεν συνέβαλλαν στην συνολική ευστάθεια και την αντοχή της βραχόμαζας, λόγω της μη συνέχειάς τους στο χώρο και γύρω από τη σήραγγα. Στη διάνοιξη σηράγγων μέσα από μεγάλες τεκτονικές γραμμές, έστω και κάθετα σε αυτές, η βραχόμαζα είναι πολύ διαταραγμένη σε ευρεία κλίμακα λόγω κυρίως των δορυφόρων εφιππεύσεων και διατμήσεων.

58 Το υπό διάνοιξη γεωυλικό είναι γενικά αδιαπέρατο. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα ο υπόγειος υδροφόρος ορίζοντας να είναι πάνω από το επίπεδο της σήραγγας, γεγονός το οποίο προφανώς επηρεάζει τη γεωτεχνική συμπεριφορά των ασθενών σχηματισμών, αλλά λόγω της μικρής περατότητας δεν δημιουργούνται προβλήματα εισροών. Η σήραγγα παρουσίασε συχνά και σοβαρότατα προβλήματα παραμορφώσεων. Οι μέγιστες κατακόρυφες μετακινήσεις στο θόλο μετρήθηκαν 293mm. Μετά από την εκδήλωση πολύ μεγάλων παραμορφώσεων το φορτίο που καλείτο να παραλάβει η υποστήριξη είχε μειωθεί και προτάθηκε άκαμπτη υποστήριξη. Έτσι εφαρμόστηκε η χρήση μεγάλου πάχους εκτοξευόμενου σκυροδέματος, χαλύβδινων πλαισίων μεγάλου πάχους και στο ανάστροφο τόξο της δεύτερης φάσης τοποθέτηση έγχυτου σκυροδέματος πάχους 1m, ενώ δεν προβλεπόταν η κατασκευή προσωρινού ανάστροφου τόξου.

59 Εμπειρία από διάνοιξη σε χαοτικό μίγμα φλύσχη Τύπος ΧΙ Υπερφορτισμένο κέλυφος

60 Σήραγγα Δρίσκου Τεχνικογεωλογικό Πρότυπο Εκτίμηση παραμέτρων Ανάστροφη ανάλυση Αστοχία εκτοξευμένου σκυροδέματος γύρω από ένα υπερφορτισμένο πλαίσιο Παραμορφωμένη πλάκα αγκύρωσης λόγω υπερφόρτισης του κελύφους της προσωρινής υποστήριξης Hoek and Marinos,2001 Προβλεφθείσες συγκλίσεις με βάση το σ cm και το υπερκείμενο p o

61 Διακριτοποίηση τύπων βραχόμαζας Οι βασικοί τύποι του οφιολιθικού συμπλέγματος είναι: I. Μη σερπεντινιωμένος οφιόλιθος (περιδοτίτης γάββρος) II. III. Σερπεντινιωμένος περιδοτίτης γάββρος 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

62 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

63 Διακριτοποίηση τύπων βραχόμαζας Περιδοτίτες - Τύπος I :

64 Διακριτοποίηση τύπων βραχόμαζας 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).

65 Διακριτοποίηση τύπων βραχόμαζας Σερπεντινιωμένοι Περιδοτίτες - Τύπος IΙ Οι τιμές του σ ci 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.

66 Διακριτοποίηση τύπων βραχόμαζας Σερπεντινιωμένοι Περιδοτίτες - Τύπος IΙ Οι τιμές του σ ci 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.

67 Διακριτοποίηση τύπων βραχόμαζας 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).

68 Διακριτοποίηση τύπων βραχόμαζας 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).

69 Διακριτοποίηση τύπων βραχόμαζας Για τους Σερπεντινίτες Τύπος ΙΙΙ: Η μέτρηση της αντοχής του άρρηκτου πετρώματος, σ ci, 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 σ ci 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 (σ ci ) του σερπεντινίτη και 30 MPa για το σχιστοποιημένο σερπεντινίτη.

70 Διακριτοποίηση τύπων βραχόμαζας Για τους Σερπεντινίτες Τύπος ΙΙΙ: Η μέτρηση της αντοχής του άρρηκτου πετρώματος, σ ci, 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 σ ci 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 (σ ci ) του σερπεντινίτη και 30 MPa για το σχιστοποιημένο σερπεντινίτη. Συμπαγής σερπεντινίτης Σχιστοποιημένος σερπεντινίτης

71 Διακριτοποίηση τύπων βραχόμαζας 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.

72 Διακριτοποίηση τύπων βραχόμαζας 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.

73 Διακριτοποίηση τύπων βραχόμαζας 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.

74 Διακριτοποίηση τύπων βραχόμαζας 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.

75 Τύπος IV Τεχνικογεωλογικό Πρότυπο Οφιολιθικού συμπλέγματος Οι τιμές του δείκτη GSI μπορεί να πέσουν κάτω από το 20.

76 Τεχνικογεωλογικό Πρότυπο Σύστημα Ταξινόμησης GSI για Οφιόλιθους 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.

77 Τεχνικογεωλογικό Πρότυπο Σύστημα Ταξινόμησης GSI για Οφιόλιθους Ι ΙΙΙ ΙΙ ΙV

78 Τεχνικογεωλογική συμπεριφορά οφιολιθικού συμπλέγματος

79 Τεχνικογεωλογική συμπεριφορά I. II. III. IV. Ολίσθηση Πιθανότητα Ανάλογα με σφηνών σημαντικών την πίεση ανάλογα των με τη καταπτώσεων υπερκειμένων γεωμετρία των τύπου αλλά ασυνεχειών και καμινάδας το πόσο και της λόγω μικρή σήραγγας. του είναι έντονου η αντοχή Ελάχιστες Μικρές κερματισμού. του έως εισροές μέτριες - εισροές Ολίσθηση "άρρηκτου" σταγόνες. (ανάλογα ακανόνιστων Σε τεμάχους μεγάλα και την βάθη μπλοκ θέση εκτόξευση του λόγω παρατηρούνται Υ.Ο.). της Πιθανότητα μαλακής φλοιών μικρές πετρώματος. βραχόμαζας πιο έως ευρείας οι κατάπτωσης οποίες μεγάλες δεν παραμορφώσεις. ορίζονται αν απαντάται από Όταν έντονη σερπεντινίωση συγκεκριμένα παρουσία τέτοιας συστήματα - φυλλοποίηση ποιότητας είναι στις ασυνεχειών. εντοπισμένη ασυνέχειες Μικρές σε οι συγκεκριμένες οποίες εισροές αποχωρίζουν (ανάλογα θέσεις (π.χ. και περιοχή την ευκολότερα θέση θεμελίωσης του τα Υ.Ο.) τεμάχη. λόγω της διατομής) της Σε έντονης μεγάλα ή απαντάται βάθη η σε βραχόμαζα σερπεντινίωσης ζώνη με συγκεκριμένη είναι πιο - αργιλοποίησης διεύθυνση περιορισμένη διαφορών σε σχέση με ζωνών. τη και σήραγγα αναμένονται Σε μεγάλα μπορεί βάθη κυρίως αναπτύσονται παρατηρηθούν σφηνοειδείς μέτριες ανισότροπες ολισθήσεις. παραμορφώσεις. λόγω Από την της άλλη απομείωσης όταν αυτές οι του ζώνες άρρηκτου είναι βράχου περιορισμένες από ένα σε χαμηλο έκταση GSI ή αλλά και περιβάλλονται της χαμηλής σε αντοχής μικρή του άρρηκτου απόσταση βράχου. από καλής ποιότητας περιδοτίτη οι παραμορφώσεις περιορίζονται.

80 Βασικά μέτρα προσωρινής υποστήριξης σήραγγας Εκτοξευόμενο σκυρόδεμα (μαζί με μεταλλικό πλέγμα και μεταλλικές ίνες οπλισμού. Αγκύρια βράχου Μεταλλικά πλαίσια Ελαφρά βλήτρα προπορείας (Spiles) Ομπρέλα βαριών δοκών προπορείας (Forepole umbrella) Προσωρινό ανάστροφο τόξο Αποστραγγιστικές και ανακουφιστικές οπές

81 Μέτρα προσωρινής υποστήριξης σήραγγας 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.

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

83 Εκτοξευόμενο σκυρόδεμα

84 Αγκύρια βράχου Κεφάλες αγκυρίων σε πεσσοειδή διάταξη

85 Αγκύρια βράχου «Δάσος» αγκυρίων για την ενίσχυση της πίεσης υποστήριξης του κελύφους

86 Μεταλλικά πλαίσια τύπου ΗΕΒ

87 Ελαφρά βλήτρα προπορείας (Spiles)

88 Ομπρέλα βαριών δοκών προπορείας (Forepole umbrella) Ομπρέλα δοκών προπορείας

89 Παραδείγματα υποστήριξης Μία βραχόμαζα με καθόλου έως μέτριο κερματισμό και μέτρια έως μεγάλη αντοχή απαιτεί ελαφριά μέτρα υποστήριξης (π.χ. Αγκύρια και εκτοξευμένο σκυρόδεμα) για να υποστηρίξει τις πιθανές σφήνες. Η ίδια βραχόμαζα αλλά πιο κερματισμένη (π.χ. Σε ζώνες ρηγμάτων) θα χρειαστεί πιο βαριά μέτρα υποστήριξης όπως κάποια προ-υποστήριξη (δοκίδες προπορείας) και βέβαια αγκύρια, μεταλλικά πλαίσια και σκυρόδεμα)

90 Παραδείγματα υποστήριξης Μία πτωχής ποιότητα βραχόμαζα με χαμηλή αντοχή κάτω από κάποιο βάρος υπερκειμένων (π.χ.>100m) θα παρουσιάζει παραμορφώσεις (συγκλίσεις) και θα πρέπει να υποστηριχθεί με βαριά μέτρα (π.χ. μεγάλου πάχους εκτ. Σκυρόδεμα, πολλά και πυκνά αγκύρια μεγάλου μήκους, βαριά μεταλλικά πλαίσια και πιθανώς κάποια υποστήριξη μετώπου) Η ίδια βραχόμαζα αν συναντηθεί πιο «ρηχά» τότε θα έχει καλύτερη συμπεριφορά και δεν θα παρουσιάσει τα ίδια προβλήματα άρα θα θέλει και ηπιότερα μέτρα υποστήριξης. Προσοχή στα στόμια (είσοδος-έξοδος) των σηράγγων: Τα γεωυλικά έχουν πιο φτωχές ιδιότητες λόγω της αποσάθρωσης και χαλαρής-ανοικτής δομής τους. Εκεί απαιτείται ισχυρή υποστήριξη.

91 Εκτίμηση Συγκλίσεων στις σήραγγες 1. Εκτιμάται μέσω του λόγου σ cm /p o. σ cm : Mονοαξονική αντοχή βραχόμαζας p o : Επιτόπου κατακόρυφη τάση 2. Υπολογισμός σ cm. Απαιτούνται (Βλέπε σχετικό διάγραμμα): GSI σ ci m i 3. Υπολογισμός p o Θεωρούμε p o =γ*η (όπου γ το ειδικό βάρος και Η το πάχος των υπερκείμενων-βάθος σήραγγας)

92 Πρώτη εκτίμηση της αναμενόμενης παραμόρφωσης σε σήραγγα και των απαιτούμενων προσωρινών μέτρων υποστήριξης Eπιτόπου τάση p o = γ * Η, γ: ειδικό βάρος υλικού (π.χ. 0,025 ΜΝ/m 3 ) H: το πάχος των υπερκειμένων (βάθος σήραγγας στο σημείου υπολογισμού) Hoek and Marinos, 2000

93 Εκτίμηση Συγκλίσεων στις σήραγγες. Αρχικά πρέπει να υπολογίσεται την αντοχή της βραχόμαζας (σ cm ) Χρειάζονται: GSI σ ci m i

94 Τιμή σταθεράς m i ανά πέτρωμα

95 Παράδειγμα: Αν δίνονται: GSI=20 σ ci =15 MPa m i =15 H (βάθος σήραγγας) =200m γ=0,025 MN/m 3 Διάμετρος σήραγγας=12m σ cm /σ ci =0,1 Άρα σ cm =0,1*σ ci σ cm =0,1*σ ci =1,5 MPa

96 Εκτίμηση Συγκλίσεων στις σήραγγες Παράδειγμα (...συνέχεια) Eπιτόπου τάση p o = γ * Η, γ: ειδικό βάρος υλικού (π.χ. 0,025 ΜΝ/m 3 ) H: το πάχος των υπερκειμένων=200m (βάθος σήραγγας στο σημείου υπολογισμού) p o = γ * Η = 5 Mpa Άρα σ cm /p o =1,5/5 = 0,3 ~ε=2,2% παραμόρφωση (περιοχή Β) Σύγκλιση=παραμόρφωση*διάμετρος Σύγκλιση=0,022*12 m=0,26m ή 26cm Hoek and Marinos, 2000

97 Από την αναμενόμενη παραμόρφωση σε σήραγγα στον τύπο απαιτούμενων προσωρινών μέτρων υποστήριξης

98 ΑΣΚΗΣΗ 8

99

100

101

102 ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ GSI ΚΑΤΑ ΜΉΚΟΣ ΤΗΣ ΣΗΡΑΓΓΑΣ