Ειδικά γεωτεχνικά προβλήματα κατά την κατασκευή σηράγγων εντός αστικών περιοχών Special geotechnical problems during urban tunnel construction ΣΑΒΒΙΔΗΣ, Σ. Α. KIRSCH F. ΠΑΠΑΔΑΚΟΣ Γ. Σ. Δρ. Πολ. Μηχανικός, Καθηγητής Τεχνικού Πανεπιστημίου Βερολίνου (TUB) Δρ. Πολ. Μηχανικός, GuD Geotechnik und Dynamik GmbH, Βερολίνο M.Sc. Πολ. Μηχανικός, GeoTerra, Αθήνα ΠΕΡΙΛΗΨΗ : Στην παρούσα ανακοίνωση περιγράφονται ο σχεδιασμός, η διαστασιολόγηση καθώς και η κατασκευή ειδικών γεωτεχνικών έργων με μεθόδους, που εφαρμόσθηκαν σε πρόσφατα κατασκευασθέντα έργα αστικών σηράγγων, προκειμένου να μειωθούν οι συνέπειες της διάνοιξης της σήραγγας στο περιβάλλον και στις παρακείμενες κατασκευές. Κατά την εφαρμογή της μεθόδου της διάτρησης στη σήραγγα που κατασκευάσθηκε για την υλοποίηση του σταθμού «Πύλη του Βρανδεμβούργου» στο Βερολίνο και της εφαρμογής της μεθόδου της διάνοιξης με ασπίδα και πολφό σε αστική σήραγγα στη Λειψία, περιγράφονται ειδικά προβλήματα της διαστασιολόγησης και της κατασκευής, σε σχέση με την ψύξη του εδάφους, τη χρήση αντισταθμιστικών τσιμεντενέσεων (compensation grouting), τη χρήση διαφόρων μορφών ενέσεων, καθώς και την εφαρμογή μεθόδων jet grouting. ABSTRACT : In this paper the design and construction of special geotechnical projects is described with methods, which were used in newly constructed urban tunnels, in order to reduce the effects of tunnel construction on the environment and nearby structures. During the application of the method for the construction of the urban tunnel at the Brandenburger Tor station in Berlin and the method of hydroshield construction at the city tunnel in Leipzig, special design and construction problems are described, with respect to ground freezing, the use of compensation grouting, the use of different types of grouting as well as the use of the method of jet grouting. 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η σύγχρονη ανάπτυξη των πόλεων και οι αυξημένες ανάγκες μετακίνησης με την ταυτόχρονη αυξημένη απαίτηση για άνεση και το μειωμένο χρόνο ταξιδιού, επιβάλλουν σε μεγάλο βαθμό την επέκταση των υφιστάμενων δικτύων υπόγειων συγκοινωνιών στις μεγάλες πόλεις όλου του κόσμου. Κατά τη μελέτη και κατασκευή απαιτείται όμως να ληφθούν υπόψη οι ειδικές απαιτήσεις υφιστάμενων, γειτονικών ή υπερκείμενων κτιρίων. Ως παράδειγμα μπορούν να αναφερθούν οι περιπτώσεις συνδετήριων κόμβων με υφιστάμενα συγκοινωνιακά έργα ή υποθεμελιώσεις υφιστάμενων κατασκευών. 2. ΕΡΓΑ 2.1 Υπόγειος σταθμός Πύλης Βρανδεμβούργου στο Βερολίνο Στο πλαίσιο της επέκτασης της γραμμής U5 του Μητροπολιτικού Σιδηροδρόμου (ΜΕΤΡΟ) Unter den Linden εγκαινιάστηκε πρόσφατα ο σταθμός «Πύλη του Βρανδεμβούργου» (Βλ. Σχήμα 1). Το κτίριο του σταθμού μήκους 190 m ανεγέρθηκε εντός μίας σήραγγας, η ο- ποία κατασκευάστηκε με τη μέθοδο της διάτρησης και επένδυσης με εκτοξευόμενο σκυρόδεμα μεταξύ δύο ορυγμάτων υπό την προστασία μίας ζώνης πάχους 2.5 m σώματος ψυγμένου εδάφους. Το δίκτυο ψύξης του εδάφους αποτελείτο από 30 μεταλλικούς σωλήνες
με διάμετρο 1.5 m, οι οποίοι εγκαταστάθηκαν με τη μέθοδο των μικροσηράγγων. επιφάνεια εδάφους είναι από 7.5 m έως 15.6 m. Underground Station Brandenburger Tor Σχήμα 1. Θέση του υπόγειου σταθμού «Πύλης του Βρανδεμβούργου» στο Βερολίνο. Figure 1. Layout of the underground station Brandenburger Tor in Berlin. 2.2 Αστική σήραγγα Λειψίας Κατά την υλοποίηση του έργου «Αστική σήραγγα της Λειψίας» κατασκευάστηκε μία υπόγεια σύνδεση μεταξύ των υφιστάμενων κομβικών σταθμών «Κεντρικός Σταθμός» και «Σταθμός Βαυαρίας» ως συμπλήρωμα του υπάρχοντος σιδηροδρομικού δικτύου. Η σήραγγα σχεδιάστηκε για συρμούς τόσο μητροπολιτικού όσο και προαστιακού σιδηροδρόμου. Το συνολικό μήκος της προς κατασκευή σιδηροδρομικής ζεύξης είναι περί τα 5 km, το μήκος των σηράγγων συμπεριλαμβανομένων των προσβάσεων είναι περίπου 3.9 km. Σε αυτή την απόσταση κατασκευάζονται τέσσερις σταθμοί με ανοικτή εκσκαφή και διπλό κέλυφος, ενώ οι σήραγγες κατά μήκος των γραμμών που διέρχονται κάτω από τον αστικό ιστό με τη μέθοδο της διάτρησης με ασπίδα και πολφό. Το συνολικό μήκος της διάτρησης με ασπίδα είναι περίπου 2940 m (Βλ. Σχήμα 2). Η ε- ξωτερική διάμετρος της σήραγγας είναι περίπου 9.0 m. Η αξονική απόσταση των σηράγγων είναι μεταξύ 5 m και 6 m στην περιοχή εισόδου και εξόδου των σταθμών και εκτός των περιοχών αυτών ανέρχεται σε 9.0 m έως 10.0 m. Η απόσταση της σήραγγας από την Σχήμα 2. Γενική άποψη περιοχών διάτρησης με ασπίδα και εφαρμογής αντισταθμιστικών τσιμεντενέσεων. Figure 2. General layout of the areas where shield construction and compensation grouting were applied. 3. ΜΕΤΡΑ ΥΠΟΣΤΗΡΙΞΗΣ 3.1 Υποθεμελίωση με jet grouting Παρόλη τη χρήση μεθόδου που οδηγεί σε μικρές γενικά παραμορφώσεις, όπως είναι η διάτρηση με ασπίδα και πολφό, στην αστική σήραγγα της Λειψίας δεν ήταν δυνατόν να αποκλειστεί η εμφάνιση καθιζήσεων στις γειτονικές κατασκευές. Πέρα από εκτεταμένες αντισταθμιστικές τσιμεντενέσεις (βλ. κεφ. 3.3), ειδικά για το κτίριο «Juridicum Passage» απαιτήθηκε η κατασκευή υποθεμελίωσης με jet grouting (Βλ. Σχήμα 3α και Σχήμα 3β). Η δυτική σήραγγα κατασκευάζεται παράλληλα με το εξωτερικό τοιχίο του 3ου και 4ου υπογείου και σε απόσταση 1.5 m από αυτό. Το
κτίριο βρίσκεται περίπου 8.0 m εντός του υπόγειου υδροφόρου ορίζοντα. Η κατασκευή της υποθεμελίωσης με jet grouting γίνεται εντός περιοχής με υδροστατική πίεση, από σωλήνωση που ξεκινάει από το 2ο υπόγειο και διαπερνά το 3ο και 4ο. Κατά τη διάρκεια των εργασιών απαιτείται η εξασφάλιση της λειτουργικότητας του κτιρίου. Ο εδαφοστατικός υπολογισμός της υποθεμελίωσης γίνεται με την μέθοδο των Πεπερασμένων Στοιχείων και το πρόγραμμα Plaxis V8.2 (Βλ. Σχήμα 4). Η προώθηση του TBM προσομοιώνεται με την μέθοδο της αποτόνωσης των τάσεων (μείωση όγκου υλικού οπής σήραγγας) κατά 0.244%. Η τιμή αυτή εκτιμήθηκε βάσει μετρήσεων καθιζήσεων και αριθμητικών προσομοιώσεων. Η εξέχουσα πλάκα του 2ου υπογείου ασφαλίζεται έναντι καθιζήσεων μέσω τσιμεντενέσεων στο έδαφος που βρίσκεται μεταξύ της στέψης της σήραγγας και της υπερκείμενης πλάκας. Εδώ χρησιμοποιείται η μέθοδος των αντισταθμιστικών τσιμεντενέσεων (Compensation Grouting, βλ. Κεφ. 3.3). Σχήμα 3β. Σήραγγα Λειψίας: Κτίριο «Juridicum Passage», τομή. Figure 3b. City tunnel Leipzig: Juridicum Passage building, cross section. Σχήμα 3α. Σήραγγα Λειψίας: Κτίριο «Juridicum Passage», κάτοψη. Figure 3a. City tunnel Leipzig: Juridicum Passage building, plan view. Σχήμα 4. Αποτελέσματα αριθμητικών υπολογισμών: Συνολικές μετατοπίσεις. Figure 4. Numerical analysis results: total displacements. 3.2 Ψύξη εδάφους Η κατασκευή της σήραγγας του σταθμού της «Πύλης του Βρανδεμβούργου» μήκους περί τα 190 m στο Βερολίνο γίνεται υπό την προστα-
σία ζώνης ψυγμένου εδάφους. Οι βατές μικροσήραγγες προσφέρουν επαρκή χώρο για την εγκατάσταση των σωλήνων για το ψυκτικό υ- γρό. Ο προγραμματισμός της κατασκευής προβλέπει την κατασκευή αρχικής σήραγγας διαμέτρου περί τα 10.5 m, υπό την προστασία του ψυγμένου εδάφους, στο κέντρο περίπου της τελικής θέσης του σταθμού. Στη συνέχεια το έδαφος ξεψύχεται στα πλευρικά τμήματα της σήραγγας, ακολουθεί εκσκαφή και κατασκευή του κτιρίου του σταθμού (Βλ. Σχήμα 5). Για τον υπολογισμό της ζώνης ψύξης του εδάφους χρησιμοποιούνται προσομοιώματα συνεχούς μέσου με τη μέθοδο των Πεπερασμένων Στοιχείων, ή σε απλές περιπτώσεις απλοποιημένα εδαφοστατικά μοντέλα (ελαστικά εδραζόμενη δοκός, κ.α.). Η φέρουσα ικανότητα κορεσμένου, ψυγμένου εδάφους χαρακτηρίζεται από τη μηχανική συμπεριφορά των κόκκων του εδάφους και του παγωμένου νερού που βρίσκεται στους πόρους του. Συνεπεία του πάγου, το ψυγμένο έδαφος διαθέτει ένα μεγάλο αρχικό μέτρο ελαστικότητας και μεγάλη δυσκαμψία σε βραχυχρόνιες φορτίσεις. Ο πάγος ωστόσο χαρακτηρίζεται επίσης από μεγάλες παραμορφώσεις λόγω ερπυσμού, οι οποίες οδηγούν στην εμφάνιση πρόσθετων παραμορφώσεων, σε πρώτη φάση με μειούμενο ρυθμό (πρωτεύων ερπυσμός) και στη συνέχεια με σταθερό ρυθμό (δευτερεύων ερπυσμός). Ανάλογα με το μέγεθος των φορτίων και όταν επιτευχθεί μία κρίσιμη παραμόρφωση ε f, οι παραμορφώσεις αυξάνονται δυσανάλογα (τριτεύων ερπυσμός), γεγονός το οποίο στην πράξη μπορεί να θεωρηθεί ότι είναι η κατάσταση αστοχίας. Η μηχανική συμπεριφορά του ψυγμένου εδάφους διέπεται από τα ίδια φαινόμενα, όπου στις μεγαλύτερες παραμορφώσεις του συστήματος πάγου-εδάφους υπεισέρχεται και η τριβή μεταξύ των κόκκων. Η συμπεριφορά των παραμορφώσεων ψυγμένου εδάφους μπορεί περιγραφεί με τον ακόλουθο νόμο ερπυσμού: (1) B C creep A t Για τον προσδιορισμό των παραμέτρων ερπυσμού Α, Β, C εκτελούνται δοκιμές σε σταθερή θερμοκρασία με διάφορα επίπεδα τάσεων. Στη συνέχεια εκτιμάται η βραχυχρόνια δυσκαμψία του ψυγμένου εδάφους σε ταχεία δοκιμή ανεμπόδιστης θλίψης σε διαφορετικές θερμοκρασίες. Οι δοκιμές ερπυσμού διεξάγονται τότε επίσης σε σταθερή θερμοκρασία και για διαφορετικά επίπεδα τάσεων, σαφώς κάτω από τη βραχυχρόνια δυσκαμψία. Η προσομοίωση της επίδρασης του ερπυσμού στους υπολογισμούς γίνεται λαμβάνοντας ένα μέτρο ελαστικότητας το οποίο εξαρτάται από το χρόνο και τη θερμοκρασία (βλ. Jessberger & Jagow-Klaff, 2001). Σχήμα 5. Διατομής σταθμού «Πύλης του Βρανδεμβούργου» - Κατασκευαστικές φάσεις. Figure 5. Cross section of the Brandenburger Tor station, construction phases. Το χρονικά εξαρτώμενο μέτρο ελαστικότητας E g (t) για μία ορισμένη μέση θερμοκρασία T και για μία παραμόρφωση ε που προκαλείται από μία τάση, η οποία είναι μικρότερη της επιτρεπόμενης τάσης σ D (t), εκτιμάται από τις παραμέτρους ερπυσμού από τη σχέση: E g t A t 1 B C 1 B (2) Επιπλέον, χρησιμοποιείται το γεγονός ότι ο τριτεύων ερπυσμός, ο οποίος εδώ θεωρείται ως κατάσταση αστοχίας, εμφανίζεται σε διαφορετικά επίπεδα τάσης και ακόμα και μετά από διαφορετικούς χρόνους, αλλά κατά προσέγγιση για ίδιες παραμορφώσεις. Ακολούθως παρουσιάζονται μερικά αποτελέσματα υπολογισμών του υπόγειου σταθμού «Πύλη του Βρανδεμβούργου» για χρόνο 6 ε- βδομάδων από το σχηματισμό της ζώνης ψυγμένου εδάφους. Οι χαρακτηριστικές τιμές των παραμέτρων της στρώσης άμμου με σχετική πυκνότητα ID = 0.3 που συναντήθηκε στην περιοχή συνοψίζονται στον Πίνακα 1. Η απεικόνιση των ενεργών μέσων τάσεων στη ζώνη του ψυγμένου εδάφους στο Σχήμα 6α για ολικό συντελεστή ασφαλείας η = 2.0 και για χρόνο έξι εβδομάδων, αποκαλύπτει ένα δυσμενές για την εκτόνωση των τάσεων στη ζώνη ψυγμένου εδάφους φαινόμενο. Οι τάσεις
ανακατανέμονται από το κέντρο βάρους της ζώνης ψυγμένου εδάφους εμπρός και πίσω από τους σωλήνες και παρατηρείται συγκέντρωση τάσεων στην περιοχή των χαλύβδινων σωλήνων. Πίνακας 1. Χαρακτηριστικές τιμές παραμέτρων εδαφικών στρώσεων που χρησιμοποιούνται στους υπολογισμούς. Table 1. Characteristic values used in analysis for different soil layers. Στο πλαίσιο της προμελέτης και της οριστικής μελέτης για την υλοποίηση της αστικής σήραγγας της Λειψίας εντοπίστηκαν οι περιοχές στις οποίες η χάραξη της σιδηροδρομικής γραμμής διέρχεται από κτίρια ευαίσθητα σε μετακινήσεις. Στο πλαίσιο της λεπτομερούς μελέτης εφαρμογής αποφασίστηκε ότι 33 κτιριακά συγκροτήματα θα πρέπει να εξασφαλιστούν έναντι μετακινήσεων με τη μέθοδο των αντισταθμιστικών τσιμεντενέσεων (Compensation Grouting). Άμμος, I D =0,3 και I D =0,4 ψυγμένη σε T=-10 C, t=42 ημέρες E g (t) [kn/m²] ν [-] γ g [kn/m³] c g (t) [kn/m²] φ g [ ] σ D (t) [kn/m²] σ Z (t) [kn/m²] ε f [%] Μέθοδος συνολικού συντελεστή ασφαλείας; η=2,0 Χαρακτηριστικές τιμές I D =0,3 I D =0,4 I D =0,3 I D =0,4 213.650 245.000 213.650 245.000 0,3 0,3 20,1 20,1 269 410 537 820 32,1 32,1 32,1 32,1 980 1.500 1.960 3.000 196 300 392 600 0,7 3,5 0,7 3,5 Σχήμα 6α. Μέσες τάσεις p =(σ 1+σ 3)/2. Figure 6a. Mean effective stresses p =(σ 1+σ 3)/2. Ο υπολογισμός με χαρακτηριστικές τιμές δίνει ένα βαθμό χρησιμοποίησης για τις μέγιστες δυνατές διατμητικές τάσεις στη στατικά απαιτούμενη ζώνη ψύξης περίπου 0.5. Σε «θερμή» ζώνη ψύξης, μπροστά από τις μικροσήραγγες, παρατηρείται εκμετάλλευση της διατμητικής αντοχής κατά 85% περίπου. Πλαστικοποιήσεις εμφανίζονται μόνο στον πάγο εντός των μεταλλικών σωλήνων και στη στρώση σκυροδέματος γύρω από αυτούς. 3.3 Αντισταθμιστικές τσιμεντενέσεις (Compensation Grouting) 3.3.1 Οριακές συνθήκες του έργου Σχήμα 6β. Πλαστικοποίηση στο ψυγμένο έδαφος, (T=-5 C). Figure 6b. Plastic zones in frozen soil, (T=-5 C). Οι τσιμεντενέσεις αυτές γίνονται με χρήση μεταλλικών σωλήνων, οι οποίοι υπό τη μορφή βεντάλιας διαμορφώνουν συνολικά 15 φρέατα (τεμνόμενα τοιχώματα γεωτρήσεων με την
πλάκα στεγάνωσης) με διάμετρο από 3.5 m έως 6.5 m σε οριζόντια διεύθυνση κάτω από τα κτίριο. Πρόσθετες γεωτρήσεις εκτελέστηκαν στο υπόγειο ενός νεο-ανεγερθέντος κτιρίου ε- μπορικών καταστημάτων και μέσα σε μία μη χρησιμοποιούμενη διάβαση σε ζώνη πεζών. Στο Σχήμα 2 παρουσιάζονται οι περιοχές (Hebungsfeld 1 έως 9) στις οποίες εκτελέστηκαν τσιμεντενέσεις για την ανύψωση κτιρίων. Για την ανύψωση των 33 κτιρίων, εμβαδού περίπου 22 000 m 2 κατασκευάστηκαν περίπου 25 000 m οριζόντιων γεωτρήσεων μέχρι και 8 m κάτω από τη στάθμη υπογείων υδάτων. 3.3.2 Βασικές αρχές της μεθόδου των των αντισταθμιστικών τσιμεντενέσεων Εκτέλεση Η εκτέλεση των εργασιών τσιμεντενέσεων διακρίνεται στις ακόλουθες φάσεις: 1) Τσιμεντένεση επαφής και σταθεροποίησης, 2) τσιμεντένεση προ-ανύψωσης, 3) τσιμεντένεση κατά τη διάρκεια της προώθησης του ΤΒΜ και 4) τσιμεντένεση μετά το πέρας της κατασκευής. Το ένεμα θα πρέπει να επιλέγεται κατά τέτοιον τρόπο ώστε να μην εισχωρεί στους πόρους του εδάφους, αλλά να μεταφέρει την πίεση στον εδαφικό σκελετό και κατά συνέπεια να προκαλείται ρηγμάτωση. Για το λόγο αυτό οι ιδιότητες των τσιμεντενέσεων εξαρτώνται κάθε φορά από το κτίριο στο οποίο εφαρμόζονται και ελέγχονται και προσαρμόζονται μετά από κατάλληλες μεμονωμένες δοκιμές σε δοκιμαστικές διατομές, πριν από την εκτέλεση της τελικής, συνολικής τσιμεντένεσης. Τρόπος δράσης Ο βασικός τρόπος δράσης των αντισταθμιστικών τσιμεντενέσεων περιγράφεται στην βιβλιογραφία: Falk (2004), Chambosse & Otterbein (2002), Schweiger et al. (2004). Θεωρητικές προσεγγίσεις για τη δημιουργία των ρηγματώσεων και την εκτίμηση του μήκους και πλάτους τους περιέχονται στο Wawrzyniak (2002). Στην αρχική φάση της τσιμεντένεσης οι πληρωμένες με τσιμεντένεμα κατακόρυφες ρηγματώσεις καθιστούν το υπέδαφος ομογενές και αυξάνουν τις οριζόντιες τάσεις. Παράλληλα, πληρούνται και οι κοιλότητες που τυχόν υπάρχουν στο υπέδαφος ή προκλήθηκαν κατά τις εργασίες διάτρησης. Με την αύξηση των οριζόντιων τάσεων προκαλούνται επιπλέον οριζόντιες ρηγματώσεις στο έδαφος. Το τσιμεντένεμα που εισάγεται σε αυτές τις ρηγματώσεις σε μεταγενέστερη φάση εξασφαλίζει συνολικά την κατακόρυφη μετακίνηση του εδάφους που βρίσκεται πάνω από τη στάθμη πέρατος των τσιμεντενέσεων και επομένως και των κατασκευών που είναι θεμελιωμένα σε αυτό. Παρακολούθηση με οργανομετρήσεις Για τη στοχευμένη οδήγηση των τσιμεντενέσεων απαιτείται, πέραν της συνεχούς και ακριβούς παρακολούθησης (επίβλεψης) όλων των παραμέτρων των τσιμεντενέσεων (πιέσεις, ταχύτητα, ποσότητες), να εγκατασταθεί σύστημα μετρήσεων και σε όλα τα επηρεαζόμενα κτίρια, με το οποίο να μπορούν να καταγράφονται χωρίς χρονική καθυστέρηση οι παραμορφώσεις των κτιρίων σε όλες τις θέσεις, τόσο κατά τη διάρκεια των διαφόρων φάσεων ανύψωσής τους όσο και κατά τη διάρκεια της διάτρησης της σήραγγας. 3.4 Ενέσεις 3.4.1 Εισαγωγή Οι δύο κλάδοι της αστικής σήραγγας της Λειψίας κατασκευάζονται στην περιοχή «Hallisches Tor» (Βλ. Σχήμα 7) κάτω από το ξενοδοχείο Marriott, ένα νέο κτίριο που χρονολογείται από το 1995/1996 και το παλαιό κτίριο Goldene Kugel (Γυάλινη Σφαίρα). Για την υποστήριξη της διάτρησης προβλέπεται η ε- κτέλεση τσιμεντενέσεων και ενέσεων με γέλη (gel) για την πλήρωση της χαλαρής ζώνης κάτω από το κτιριακό συγκρότημα. Τα μέτρα είναι απαραίτητα επειδή στο πλαίσιο της κατασκευής του κτιρίου είχαν τοποθετηθεί πασσαλοσανίδες οι οποίες προκάλεσαν κενά στο υπέδαφος, που έπρεπε να σφραγιστούν με ενέσεις γέλης. Εξάλλου, κατά την κατασκευή του ξενοδοχείου Marriott βρέθηκαν περιοχές με χαλαζίες, οι οποίες επιχώθηκαν με κοκκώδες υλικό άγνωστης συμπύκνωσης. Για την υποστήριξη του μετώπου διάτρησης με πολφό ή με αέρα υπό πίεση σε περίπτωση που σημειωθεί αστοχία θα πρέπει, για να παρεμποδιστεί μία ανεξέλεγκτη διαρροή υποστηρικτικού υγρού ή αέρα, οι περιοχές αυτές να μονωθούν ή να πληρωθούν με ένεμα.
Σχήμα 7. Αστική σήραγγα της Λειψίας: Κάτοψη στο Hallisches Tor, Διάταξη τσιμεντενέσεων. Figure 7. City tunnel Leipzig, Plan view at Hallisches Tor, Layout of cement groutings. Το ξενοδοχείο Marriot που διαθέτει από 4 έως 10 υπέργειους ορόφους ανάλογα με την κάτοψη του κτιρίου, θεμελιώνεται σε κοιτόστρωση πάχους από 1.5 m έως 1.9 m. Η κατώτερη παρειά της κοιτόστρωσης βρίσκεται περίπου 2.1 m έως 3.1 m πάνω από τη στέψη της σήραγγας που θα κατασκευαστεί στην περιοχή αυτή. Στις θέσεις των ανελκυστήρων το πάχος της κοιτόστρωσης είναι ακόμα μικρότερο. Η κοιτόστρωση μαζί με τα περιμετρικά τοιχία των υπογείων σχηματίζουν στεγανολεκάνη έναντι της στάθμης υπογείων υδάτων της περιοχής. Το ανεγερθέν κατά το έτος 1908 παλαιό κτίριο «Goldene Kugel» θεμελιώνεται σε μεμονωμένα πέδιλα και σε πεδιλοδοκούς. Τα πέδιλα του 1ου υπογείου που βρίσκονται στην περιοχή του δυτικού άξονα της σήραγγας είναι θεμελιωμένα σε βάθος περί τα 7.5 m πάνω από τη στέψη της σήραγγας. Το 2ο υπόγειο, που υπάρχει μόνο σε ορισμένα τμήματα της κάτοψης του κτιρίου έχει εν μέρει επιχωθεί με άγνωστο τρόπο και για το λόγο αυτό δεν είναι πλέον προσβάσιμο. 3.4.2 Τσιμεντενέσεις Λόγω της μικρής απόστασης μεταξύ του κτιριακού συγκροτήματος «Marriott» και της στέψης της σήραγγας, υπάρχει πιθανότητα κατά διάρκεια της διάτρησης να προκληθεί κατάρρευση του εδάφους, η οποία λόγω του μικρού ύψους υπερκειμένων και της άγνωστης έκτασης και θέσης στρώσεων στράγγισης μπορεί να διαδοθεί μέχρι τη στάθμη έδρασης του κτιρίου. Αντίθετα, στο κτίριο «Goldene Kugel» δεν υφίσταται ο κίνδυνος αυτός επειδή η απόσταση μεταξύ της στέψης της σήραγγας και της στάθμης έδρασης του κτιρίου είναι σαφώς μεγαλύτερη. Η απώλεια στην πίεση του υγρού στήριξης, η οποία προκαλείται από κατάρρευση χαλαρού εδαφικού υλικού, όπως π.χ. στρώση στράγγισης από χάλικες, το οποίο χρησιμοποιήθηκε κατά την κατασκευή του συγκροτήματος «Marriott», και η εξ αυτού προκαλούμενη διαρροή του υγρού στήριξης εντός της κοιλότητας που δημιουργείται, αντιμετωπίζεται με την ενίσχυση του εδάφους με τσιμεντενέσεις πάνω από το τις περιοχές όπου προβλέπεται διάτρηση της σήραγγας και κάτω από τη στάθμη έδρασης των κτιρίων. Κατά περίπτωση μπορεί να ε- φαρμοστούν και πρόσθετα μέτρα κατά τη
διάρκεια της διάτρησης, όπως για παράδειγμα η προσαρμογή του υγρού στήριξης στις συνοριακές συνθήκες του υπεδάφους. Για τις τσιμεντενέσεις απαιτείται η εγκατάσταση σωλήνων με μανσέτες. Η εγκατάσταση γίνεται από φρέατα σε οριζόντιες γεωτρήσεις που θα πρέπει να σχεδιαστούν και έναντι πίεσης ύδατος. Οι βαλβίδες εισπίεσης διατάσσονται σε απόστασης περίπου ίση με 1 m Οι τσιμεντενέσεις εκτελούνται σταδιακά με τη βοήθεια συστήματος Packer. Οι σωλήνες έχουν μέγιστη απόσταση στο πέρας των διατρήσεων ίση με 3 m περίπου. Οι παρακάτω τιμές είναι ενδεικτικές για τις τσιμεντενέσεις που εφαρμόσθηκαν: Πλήρωση χαλαρών ζωνών με ένεμα υπό πίεση περίπου 5 bar έως 10 bar, ταχύτητα εισπίεσης περίπου 10 l/mm, υλικό εισπίεσης τσιμεντένεμα με w/z=0.8 (CEM III/A). 3.4.3 Ενέσεις μαλακής γέλης Ειδικά σε περιοχές όπου είχε κατασκευαστεί τοίχος αντιστήριξης από πασσαλοσανίδες και λόγω των κελυφωτών στοιχείων που έχουν παραμείνει στο έδαφος, θα πρέπει να ληφθεί υπ όψιν ότι μπορεί να υπάρχουν κατακόρυφα κενά. Για το λόγο αυτό οι ζώνες πάνω από τη στέψη της σήραγγας και στις περιοχές όπου η διάτρηση διασταυρώνεται με κατασκευές ε- πένδυσης ορυγμάτων όπως οι παραπάνω, ενισχύονται με μαλακή γέλη (gel) (βλ. Σχήμα 7). Για την εκτέλεση των ενέσεων γέλης χρησιμοποιούνται οι εγκατεστημένοι σωλήνες με μανσέτες που περιγράφηκαν παραπάνω για τις τσιμεντενέσεις. Ο χρόνος πήξης του μείγματος ελεγχόταν σε όλες τις φάσεις κατασκευής με εργοταξιακές δοκιμές και προσαρμοζόταν στις παραμέτρους εισπίεσης με τέτοιο τρόπο ώστε να επιτυγχάνεται μήκος διείσδυσης των ενέσεων περίπου 1.5 m. Για μέση απόσταση των σωλήνων της τάξη των 1.2 m και για απόσταση των βαλβίδων περίπου 1 m, προκύπτει όγκος ενισχυμένου εδάφους ανά σημείο εισπίεσης περί τα 1.4 m 3. Για πορώδες στην περιοχή του χαλαρού εδάφους ίσο με 0.4 η ποσότητα ενέσεων ανά σημείο εισπίεσης είναι περίπου 550 l. 4. ΣΥΝΟΨΗ Η δημοσίευση αναφέρεται συνοπτικά στα μέτρα υποστήριξης που ελήφθησαν για την αποφυγή παραμορφώσεων κατά την κατασκευή δύο μεγάλων υπογείων έργων: του σταθμού ΜΕΤΡΟ «Πύλη του Βρανδεμβούργου» στο Βερολίνο και της αστικής σήραγγας στη Λειψία. Στο σταθμό του Βερολίνου εφαρμόσθηκε η μέθοδος ψύξη του εδάφους, ενώ στη Λειψία, όπου η σήραγγα κατασκευάσθηκε με τη μέθοδο της διάνοιξης με ασπίδα και πολφό, εφαρμόσθηκαν κατά περίπτωση αντισταθμιστικές τσιμεντενέσεις (Compensation Grouting), jet grouting, και ενέσεις με τσιμεντένεμα η μαλακή γέλη. 5. ΕΥΧΑΡΙΣΤΊΕΣ Θερμές ευχαριστίες των συγγραφέων για την καλή και έμπιστη συνεργασία στο έργο Αστική σήραγγα Λειψίας στους: DEGES Deutsche Einheit Fernstraßenplanungs- und -bau GmbH (εκπρόσωπο του Κυρίου του Έργου), Κ/ξία περιοχής Β (DYWIDAG, Alpine, Oevermann, GSB Universale, STRABAG), Keller Grundbau GmbH και GSB Universale Grund- und Sonderbau GmbH, καθώς και για το έργο Σταθμός Πύλη του Βρανδεμβούργου στο Βερολίνο στους: BVG - Berliner Verkehrsbetriebe (Κύριος του Έργου) και Κ/ξία U5 (Hochtief AG/Max Bögl GmbH & Co KG). 6. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ Chambosse, G., Otterbein, R. (2002), State of the art of Compensation Grouting in Germany, XVth Int. Conf. Soil Mech. Geotech. Eng., Istanbul. Falk, E. (2004) Soil Fracturing, In: Moseley & Kirsch (Eds.), Ground Improvement 2nd ed., Spon. Haack, A. (2009), Tunneling in Germany: Statistics 2008/2009, Analysis and Outlook, Tunnel 8/2009. Jessberger, H. L., Jagow-Klaff, R (2001), Bodenvereisung, In: Smoltzcyk, U. (Ed.) Grundbau-Taschenbuch 6. Auflage, Teil 2, Verlag. Ernst & Sohn. Peck, R. B. (1969), Deep excavations and tunneling in soft ground - State of the Art Report, Proc. 7th Int. Conf. Soil Mech. Found. Eng., Mexico 255-290. Schweiger, H. F. et al. (2004), Numerical modeling of settlement compensation by means of fracture grouting, In: JGS (Hrsg.), Soils and Foundations Vol. 44, No. 1, 71-86. Wawrzyniak, C. (2002), Simulation von Hebungsinjektionen durch numerische Berechnungen, WBI-Print 12, VGE.