Μάθημα : Σχεδιασμός Υπογείων Εργων (ΔΣΑΚ-Β12) Εαρινό εξάμηνο

Transcript

1 ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΣΧΟΛΗ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΓΕΩΤΕΧΝΙΚΗΣ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΥΠΟΓΕΙΩΝ ΕΡΓΩΝ (ΔΣΑΚ-Β12) Σειρά μεταπτυχιακών διαλέξεων στο ΕΜΠ Ακαδ. Ετος Μ. ΚΑΒΒΑΔΑΣ, Αναπλ. Καθηγητής ΕΜΠ Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπάρχει και στην ιστοσελίδα : ΔΠΜΣ Δομοστατικός Σχεδιασμός & Ανάλυση Κατασκευών Μάθημα : Σχεδιασμός Υπογείων Εργων (ΔΣΑΚ-Β12) Εαρινό εξάμηνο Δδ Διδασκαλία : Δευτέρα 15:15-18:00 Διδακτικά Εγχειρίδια (διανέμονται σε ηλεκτρονική μορφή) : 1. Σημειώσεις Σχεδιασμού Υπογείων Έργων,, Μ. Καββαδά 2. Διαφάνειες των παραδόσεων Το εκπαιδευτικό υλικό του μαθήματος υπάρχει και στην ιστοσελίδα :

2 Σχεδιασμός Υπογείων Εργων (ΔΣΑΚ-Β12) Ωρολόγιο πρόγραμμα διδασκαλίας : Δευτέρα 15:15 18:00 Ημέρα μρ Αντικείμενο του μαθήματος Διδάσκων 3/3/08 Εισαγωγή - Κατανομές τάσεων και παραμορφώσεων σε κυκλική σήραγγα ΜΚ 10/3/08 ΑΡΓΙΑ Καθαρή Δευτέρα 17/3/08 Ανάλυση της υποστήριξης σηράγγων με καμπύλες σύγκλισης-αποτόνωσης ΜΚ 24/3/08 Ανάλυση της υποστήριξης σηράγγων με καμπύλες σύγκλισης-αποτόνωσης Διάνοιξη με τη μέθοδο ΝΑΤΜ : Ανάλυση μέτρων άμεσης υποστήριξης ΜΚ 31/3/08 Μηχανική συμπεριφορά άρρηκτου πετρώματος ΑΣ 7/4/08 Μηχανική συμπεριφορά ασυνεχειών ΑΣ 14/4/08 Μηχανική συμπεριφορά βραχομάζας ΑΣ 5/5/08 Επί τόπου συμπεριφορά συμπαγούς πετρώματος ΑΣ 12/5/08 Ήλωση πετρώματος ΑΣ 19/5/08 Ενίσχυση στρωσιγενούς πετρώματος ΑΣ 26/5/08 Εφαρμογές υπολογιστικών προσομοιωμάτων ΜΚ 2/6/08 Εφαρμογές υπολογιστικών προσομοιωμάτων ΜΚ 9/6/08 Εφαρμογές υπολογιστικών προσομοιωμάτων ΜΚ - Διάνοιξη σηράγγων σε καλό έδαφος Σήραγγα εκτροπής υδρο-ηλεκτρικού φράγματος στην Ινδία

3 «Κλασσική» μέθοδος διάνοιξης σηράγγων (έως το 1950) Μεταλλείο χρυσού στην Ολυμπιάδα Χαλκιδικής Φορτία βραχόμαζας κατά Terzaghi (1946) - Τροποποίηση κατά Deere (1970) Σήραγγα εύρους B και ύψους Η t H p = ύψος φορτίζουσας βραχόμαζας

4 Πρόσφατη εφαρμογή της «κλασσικής» μεθόδου (2002) Σήραγγα εκτροπής φράγματος Αγιονερίου Ν. Λάρισας

5

6

7

8

9 Tymfristos road tunnel in flysch. Wall convergence reached 2 m.

10 ΔΙΑΣΤΑΣΙΟΛΟΓΗΣΗ ΚΑΙ ΑΝΑΛΥΣΗ ΤΩΝ ΜΕΤΡΩΝ ΥΠΟΣΤΗΡΙΞΗΣ ΣΗΡΑΓΓΩΝ 1. Διάνοιξη και προσωρινή υποστήριξη Σκοπός: προσωρινή ευστάθεια της διατομής και περιορισμός των παραμορφώσεων (σύγκλιση τοιχώματος, καθιζήσεις εδάφους) 2. Τελική επένδυση Σκοπός: ανάληψη μακροχρόνιων και υδραυλικών φορτίων, στεγανότητα και αισθητική του εσωρραχίου Συνήθως θεωρείται ότι τα μέτρα προσωρινής υποστήριξης παύουν να αναλαμβάνουν φορτία με την πάροδο του χρόνου μετά την κατασκευή της τελικής επένδυσης : 1. Το εκτοξευόμενο σκυρόδεμα της προσωρινής υποστήριξης έχει μεγαλύτερο ερπυσμό από το έγχυτο σκυρόδεμα της τελικής επένδυσης 2. Τα χαλύβδινα πλαίσια συνήθως δεν έχουν την απαραίτητη επικάλυψη και διαβρώνονται 3. Τα αγκύρια διαβρώνονται και έρπουν λόγω παρεμπόδισης της μετακίνησης της κεφαλής τους Ετσι, συνήθως η τελική επένδυση σχεδιάζεται για τα πλήρη φορτία της βραχόμαζας (όχι όμως τις αρχικές γεωστατικές τάσεις) ΜΕΘΟΔΟΙ ΕΚΣΚΑΦΗΣ 1. Εκσκαφή μετώπου-βαθμίδας (top heading - bench - invert) Εκσκαφή της σήραγγας από πάνω προς τα κάτω. Η πρώτη φάση μπορεί να εκσκαφεί και σε περισσότερες υποφάσεις. Στην περίπτωση αυτή ηπρώτη φάση ουσιαστικά αποτελεί σήραγγα-πιλότο για τη διερεύνηση των συνθηκών που θα συναντηθούν κατά τη διάνοιξη της σήραγγας 2. Εκσκαφή με πλευρικές στοές (side-wall drifts) Εφαρμόζεται σε σήραγγες μεγάλου εύρους σε βραχόμαζες με σχετικώς πτωχά χαρακτηριστικά ή στις περιπτώσεις όπου είναι κρίσιμος ο περιορισμός της σύγκλισης του τοιχώματος (π.χ. σε αστικές περιοχές). Η μέθοδος μπορεί να περιλάβει δυο πλευρικές στοές και ενδιάμεσο πυλώνα (twin side-wall drifts with central pillar).

11

12

13

14 Tunnel construction techniques : face pre-treatment with forepoling Platamonas railway tunnel (tectonic melange) Tunnel construction techniques : sprayed concrete and rock bolts Platamonas railway tunnel (tectonic melange)

15 Αγκύρια Αγκύρια

16 Αγκύρια Αγκύρια

17 Αγκύρια Αγκύρια

18 Εκτοξευόμενο Σκυρόδεμα Εκτοξευόμενο Σκυρόδεμα

19 Εκτοξευόμενο ε ο Σκυρόδεμα ΜΕΤΡΑ ΑΜΕΣΗΣ ΥΠΟΣΤΗΡΙΞΗΣ - Χαλύβδινες νευρώσεις Υποστήριξη με χαλύβδινα πλαίσια

20 ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΤΗΣ ΕΥΣΤΑΘΕΙΑΣ ΤΟΥ ΜΕΤΩΠΟΥ Μέθοδοι βελτίωσης της ευστάθειας του μετώπου εκσκαφής : 1. Με αγκύρια Fiberglass ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΤΗΣ ΕΥΣΤΑΘΕΙΑΣ ΤΟΥ ΜΕΤΩΠΟΥ Μέθοδοι βελτίωσης της ευστάθειας του μετώπου εκσκαφής : 2. Δοκοί προπορείας στη στέψη

21 Τυπικές διατομές σχεδιασμού Τυπική διατομή Δ-2 Ανάλογα με τις επιτόπου συνθήκες υδροφορίας είναι πιθανόν να τοποθετούνται οπές αποστράγγισης στη περίμετρο της διατομής (Φ75,PVC) ή/και ανακουφιστικές οπές στο μέτωπο (Φ75,PVC) Τυπικές διατομές σχεδιασμού Τυπική διατομή Δ-5 Ανάλογα με τις επιτόπου συνθήκες υδροφορίας είναι πιθανόν να τοποθετούνται οπές αποστράγγισης στη περίμετρο της διατομής (Φ75,PVC) ή/και ανακουφιστικές οπές στο μέτωπο (Φ75,PVC)

22 Βαθμιαία σύγκλιση του τοιχώματος κατά την εκσκαφή Βαθμιαία σύγκλιση του τοιχώματος κατά την εκσκαφή 1. Οι συγκλίσεις αρχίζουν σε απόσταση περίπου D εμπρός από το μέτωπο 2. Στο μέτωπο έχει συμβεί το 25% - 35% της συνολικής σύγκλισης 3. Οι συγκλίσεις ολοκληρώνονται σε απόσταση περίπου 1.5D πίσω από το μέτωπο

23 Τιμές της σύγκλισης σε διάφορες θέσεις (x) από το μέτωπο (Chern, 1998) x / R Rf ur / u u R ( x ) R u R = x 1 + exp 0.91 R 1.7 Προσομοίωση της εκσκαφής: Η αρχική εσωτερική πίεση (p o ) μειώνεται βαθμιαία σε (p) και τελικώς μηδενίζεται. p = ( 1 λ) p o λ = συντελεστής αποτόνωσης

24 Προσομοίωση της εκσκαφής: Η αρχική εσωτερική πίεση (p o ) μειώνεται ε βαθμιαίααία σε (p)) και τελικώς μηδενίζεται. Προσομοίωση της εκσκαφής: Η αρχική εσωτερική πίεση (p o ) μειώνεται ε βαθμιαίααία σε (p)) και τελικώς μηδενίζεται. ελαστικότητα Ε Ε Ε Ι Ι Ι ΙΙ ΙΙ ΙΙ Ευσταθής και ασταθής διατομή σήραγγας λόγω διαφορετικού τύπου σ-ε

25 Συνήθης (αλλά εσφαλμένος) τρόπος προσομοίωσης της διάνοιξης και προσωρινής ρ υποστήριξης σήραγγας : (ΙΙ) (Ι) (ΙΙ) Ταυτόχρονη υποστήριξη και εκσκαφή (Ι) Αρχική κατάσταση βραχόμαζας (γεωστατικές τάσεις) Η μέθοδος αυτή ισοδυναμεί με εκσκαφή μιας ήδη υποστηριγμένης σήραγγας Συνεπώς :(1) μικρές συγκλίσεις (2) μεγάλη ένταση στην υποστήριξη Ακριβέστερος τρόπος προσομοίωσης της διάνοιξης και προσωρινής υποστήριξης σήραγγας - Ανάλυση σε δύο βήματα: (Α), (Β) (Β) (Α) (ΙΙΙ) (ΙΙ) λ=1 0<λ<1 (Ι) λ=0 (ΙΙΙ) (Β) Ολοκλήρωση της εκσκαφής με υποστήριξη (ΙΙ) (Α) Χαλάρωση χωρίς υποστήριξη p = ( 1 λ) p o (Ι) Αρχική κατάσταση (γεωστατικές τάσεις) Η μέθοδος απαιτεί την επιλογή του συντελεστή αποτόνωσης (λ) των εσωτερικών τάσεων στην περιοχή που πρόκειται να εκσκαφεί

26 Επιλογή και χρήση του συντελεστή αποτόνωσης (λ) Θέση μέτρων υποστήριξης x / R Συντελεστής υπερφόρτισης Ν s Χαλάρωση με απομείωση των εσωτερικών τάσεων : p = ( 1 λ) p o λ AFTES (1986) Χαλάρωση με απομείωση του μέτρου ελαστικότητας : E = ( 1 2ν ) ( 1 λ) ) Eo ( 1 2ν) + λ Παράδειγμα : λ=0.70 p = 30% p o Παράδειγμα : λ=0.70 E = 10% E o Μόνιμη Επένδυση Σηράγγων Άμεση υποστήριξη Γεω-ύφασμα προστασίας μεμβράνης Στεγανωτική μεμβράνη Σκυρόδεμα Μόνιμης Επένδυσης

27 Μόνιμη Επένδυση Σηράγγων Χαλύβδινος οπλισμός πυθμένα Μόνιμη Επένδυση Σηράγγων Επένδυση πυθμένα

28 Μόνιμη Επένδυση Σηράγγων Στεγανωτική μεμβράνη Μόνιμη Επένδυση Σηράγγων Συναρμολόγηση οπλισμού

29 Μόνιμη Επένδυση Σηράγγων Συναρμολόγηση χαλύβδινου οπλισμού Μόνιμη Επένδυση Σηράγγων Συναρμολόγηση χαλύβδινου οπλισμού

30 Μόνιμη Επένδυση Σηράγγων Σκυροδέτηση με μεταλλότυπο Μόνιμη Επένδυση Σηράγγων Φορείο οπλισμού και μεταλλότυπος επένδυσης

31 Μόνιμη Επένδυση Σηράγγων Σκυροδέτηση με μεταλλότυπο