ΘΕΜΑΤΑ ΚΑΙΝΟΤΟΜΙΑΣ ΣΤΗΝ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΥΠΟΓΕΙΩΝ ΕΡΓΩΝ ΤΟΥ ΜΕΤΡΟ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΕΣ ΚΑΙ ΕΡΕΥΝΗΤΙΚΕΣ ΠΡΟΤΕΡΑΙΟΤΗΤΕΣ Εισαγωγή Γ. Λεουτσάκος, ΑΤΤΙΚΟ ΜΕΤΡΟ Π. Λάγιος, ΑΤΤΙΚΟ ΜΕΤΡΟ Η σύγχρονη ανάπτυξη των πόλεων, µε τα χαρακτηριστικά του περιορισµού των διαθέσιµων χώρων, της πυκνής αστικής ανάπτυξης, της εκρηκτικής αύξησης του αριθµού των αυτοκινήτων και της ανάγκης για γρήγορες και αξιόπιστες µετακινήσεις οδηγούν µονοσήµαντα στην ανάγκη κατασκευής υπογείων δικτύων µεταφορών. Το µετρό σαν υπόγειο δίκτυο µεταφορών σε ένα αστικό περιβάλλον αποτελεί κατεξοχήν έργο αειφόρου ανάπτυξης και προστασίας του περιβάλλοντος, και χαρακτηρίζεται από µεγάλη διάρκεια ζωής, µε δυνατότητες ανάπτυξης, επέκτασης και αναβάθµισης, και µε συνεχιζόµενη αξιοποίηση του ήδη υπάρχοντος δικτύου. Λόγω του µεγάλου αριθµού των επιβατών που το χρησιµοποιούν, η συγκέντρωση δραστηριοτήτων γύρω από τους σταθµούς του µετρό, δίνει δυνατότητες γρήγορης ανάπτυξης, αποδοτικότερης αξιοποίησης του χρόνου, µείωσης της κατανάλωσης ενέργειας και αύξησης της αποδοτικότητας ενώ παράλληλα µειώνονται οι ατµοσφαιρικοί ρύποι, ο θόρυβος, τα ατυχήµατα κτλ. Παράλληλα η κατασκευή έργων µετρό εκπροσωπεί την ευρύτερη οµάδα υπογείων έργων, καθώς η οργάνωση δραστηριοτήτων κάτω από την επιφάνεια του εδάφους των πόλεων φαίνεται να αποτελεί µια αυξανόµενη τάση στην ανάπτυξη αυτών. Πέρα από τα καθαυτό υπόγεια συστήµατα δηµοσίων µεταφορών, ιδιαίτερα εντός του αστικού ιστού, παραδείγµατα υπόγειων δραστηριοτήτων καλύπτουν µεγάλο φάσµα έργων όπως εµπορικά κέντρα, ειδικούς τεχνικούς χώρους, χώρους στάθµευσης κ.α. καθώς και έργα υπογείων υποδοµών όπως πχ αποχετευτικοί αγωγοί. Σε περιοχές µε βαριές κλιµατολογικές συνθήκες τον χειµώνα (πχ. Καναδάς, Σκανδιναβία) η υπογειοποίηση δραστηριοτήτων επιτρέπει την λειτουργία µιας πόλης ανεξάρτητα των κλιµατολογικών συνθηκών, παρέχει ασφάλεια και εξασφαλίζει σηµαντική µείωση της κατανάλωσης ενέργειας. Τα θέµατα που περιγράφονται παρακάτω προτείνονται για περαιτέρω έρευνα και ανάπτυξη µε σκοπό την βελτίωση των κατασκευών των έργων του µετρό αλλά που δύνανται να εφαρµοσθούν και σε µεγάλο αριθµό υπογείων ή άλλων έργων γενικότερα. Τα θέµατα σχετίζονται µε την βελτίωση της ποιότητας των κατασκευών, την επιµήκυνση του χρόνου ζωής των έργων, την ευκολία, ταχύτητα και ασφάλεια κατασκευής, καθώς και την εξοικονόµηση ενέργειας, την αύξηση της ασφαλείας στην λειτουργία και την προστασία του περιβάλλοντος : 1. Οπλισµένο Σκυρόδεµα. Βελτίωση του σκυροδέµατος, µε πιθανή χρήση υλικών νέας τεχνολογίας, για την δηµιουργία σκυροδεµάτων µεγάλης αντοχής και βελτιωµένων ιδιοτήτων ιδιαίτερα όσον αφορά την υδατοστεγάνωση και την αντίσταση σε χηµικές και περιβαλλοντικές δράσεις. Οι σκοποί είναι : α) επίτευξη µεγαλύτερου χρόνου ζωής των υπόγειων κατασκευών υπό δυσµενείς περιβαλλοντικές συνθήκες β) αποτελεσµατικότερη στεγάνωση των υπόγειων κατασκευών µε πιθανή αποφυγή χρήσης µεµβρανών, οι οποίες παρουσιάζουν κάποια µειονεκτήµατα, λόγω µειωµένης αντοχής σε φθορά κατά την κατασκευή. 1
2. Ινοπλισµένο Σκυρόδεµα (εκτοξευόµενο ή όχι) Βελτίωση του ινοπλισµένου σκυροδέµατος για προσωρινά ή και µόνιµα έργα. Οι σκοποί είναι : α) βελτίωση των µηχανικών ιδιοτήτων του µε σύγχρονη δυνατότητα αντικατάστασης του συµβατικού οπλισµού µε ίνες (προς το παρόν δεν προβλέπεται από τους Κανονισµούς). β) χρήση του βελτιωµένου αυτού υλικού στην κατασκευή προκατασκευασµένων στοιχείων που χρησιµοποιούνται στην µόνιµη επένδυση σηράγγων που διανοίγονται µε µηχάνηµα ολοµέτωπης κοπής (ΤΒΜ). Τα προκατασκευασµένα αυτά στοιχεία παρουσιάζουν συχνά ρωγµές κατά την κατασκευή λόγω αυξηµένων φορτίων που επιβάλει το µηχάνηµα διάνοιξης σηράγγων κατά την προώθηση του. 3. Πρόσµικτα Υλικά Σκυροδέµατος Τα υλικά που χρησιµοποιούνται σήµερα στην κατασκευή για την βελτίωση των ιδιοτήτων του εκτοξευόµενου σκυροδέµατος όσον και των ενεµάτων πάκτωσης των αγκυρίων στο έδαφος (ταχυπηκτικά, ρευστοποιητές), αποτελούν ρυπογόνα υλικά και προκαλούν ρύπανση στο περιβάλλον µέσω των υπόγειων υδάτων. Απαιτείται έρευνα για την βελτίωση των υλικών αυτών. 4. Υλικά Στεγάνωσης Υπόγειων Κατασκευών Απαιτείται έρευνα για βελτίωση των υλικών στεγάνωσης των υπογείων κατασκευών και των µεθόδων εφαρµογής των µε χρήση νέων πλέον αποτελεσµατικών µεθόδων και υλικών (π.χ. εκτοξευόµενα υλικά ή υλικά ενσωµατούµενα στο σκυρόδεµα) 5. Μηχανήµατα Ολοµέτωπης ιάνοιξης Σηράγγων Απαιτείται εξέλιξη των χαρακτηριστικών των µηχανηµάτων αυτών Ολοµέτωπης ιάνοιξης Σηράγγων (ΤΒΜ), ώστε τα µηχανήµατα να είναι αποδοτικά σε µια ευρύτερη περιοχή ποιότητας εδαφών και οι εργασίες διάνοιξης των σηράγγων να γίνονται µε µεγαλύτερη ασφάλεια, µεγαλύτερη κατά το δυνατόν ταχύτητα και µε ελεγχόµενο κατά το δυνατόν κόστος σε σχέση µε το τι είναι επιτεύξιµο σήµερα. Η διερεύνηση θα πρέπει να περιλάβει τόσο τις θεµελιώδεις αρχές λειτουργίας αυτών των µηχανηµάτων όσο και τον ειδικό σχεδιασµό των ειδικών τµηµάτων αυτών. Επίσης αντικείµενο έρευνας θα αποτελούσε η δυνατότητα επί τόπου κατασκευής από το µηχάνηµα της µόνιµης επένδυσης της σήραγγας µε εκτοξευόµενο ινοπλισµένο σκυρόδεµα ταχείας ανάπτυξης αντοχής. 6. Εξοικονόµηση Ηλεκτρικής Ενέργειας στην Λειτουργία Εξοπλισµού Το µετρό είναι ένα ενεργοβόρο σύστηµα καθώς ο ηλεκτρισµός χρησιµοποιείται τόσον για την κίνηση των συρµών όσο και για όλα τα υπόλοιπα συστήµατα (π.χ. φωτισµός, αερισµός, κλιµατισµός, αντλίες ανελκυστήρες, κυλιόµενες σκάλες κλπ.). Η εξοικονόµηση ηλεκτρικής ενέργειας είναι σηµαντική τόσον για οικονοµικούς όσον και περιβαλλοντικούς λόγους. Αντικείµενο έρευνας µε περιβαλλοντικό και άµεσα οικονοµικό περιεχόµενο µπορούν να αποτελέσουν τα παρακάτω : (α) η εξέλιξη των τεχνολογιών των κινητήρων σε συρµούς και ηλεκτροµηχανολογικές εγκαταστάσεις (πχ ανεµιστήρες, αντλίες, κυλιόµενες κλίµακες, ανελκυστήρες), αυξάνοντας την απόδοσή τους µέσα από την χρήση νέων υλικών και κραµάτων και νέων τεχνολογιών κατασκευής τους (β) η βελτίωση των χαρακτηριστικών των λαµπτήρων φωτισµού µε µείωση της ηλεκτρικής κατανάλωσης για την ίδια φωτεινότητα 2
(γ) η εξέλιξη των συστηµάτων αυτοµάτου ελέγχου και η βελτιστοποίηση της λειτουργίας τους µέσω εξελιγµένων αλγορίθµων, τεχνητής νοηµοσύνης και επαρκούς αριθµού και είδους αισθητήρων 7. Σύστηµα Σηµατοδότησης - Αυτόµατης Λειτουργίας των Συρµών Αντικείµενο έρευνας αποτελεί η εξέλιξη των συστηµάτων σηµατοδότησης και αυτόµατης λειτουργίας των συρµών που θα έχει σαν αποτέλεσµα µεγαλύτερη ασφάλεια λειτουργίας, µεγαλύτερη αξιοπιστία των δροµολογίων και σηµαντικότατη εξοικονόµηση ενέργειας. Επίσης, η επίτευξη µειωµένων χρονοαποστάσεων µεταξύ των συρµών σε µία γραµµή, θα φέρει και οικονοµία στην κατασκευή των σταθµών του µετρό λόγω των µικρότερων διαστάσεων που αυτοί θα κατασκευάζονται, γεγονός που θα οφείλεται σε µικρότερου µήκους συρµούς. Τα παραπάνω δύναται να εξελιχθούν µέσα από την ανάπτυξη διαφόρων καθοριστικών συστηµάτων αυτοµάτου ελέγχου και µεθόδων όπως : (α) Η ανάπτυξη συστήµατος σηµατοδότησης κινουµένων τµηµάτων, το οποίο θα αυξήσει την αξιοπιστία λειτουργίας, θα βελτιστοποιήσει τις ταχύτητες κίνησης των συρµών και θα µειώσει το κόστος των υποδοµών. (β) Η περαιτέρω ανάπτυξη λογισµικού για την αυτοµατοποίηση της λειτουργίας των συρµών, λαµβάνοντας υπόψη την εξοικονόµηση ενέργειας, όπως πχ τον κατάλληλο χρονισµό ενός µεγάλου αριθµού συρµών σε µία γραµµή (η και σε δίκτυο γραµµών) όπου η κατάλληλα συγχρονισµένη επιβράδυνση και επιτάχυνση µεγιστοποιεί την ανάκτηση ενέργειας από την πέδη µε αποτέλεσµα σηµαντικότατη εξοικονόµηση ενέργειας. (γ) Ειδικό σηµείο τεχνολογικής εξέλιξης δύνανται να αποτελέσουν τα συστήµατα των αυτοµάτων πετασµάτων θυρών αποβαθρών που αποµονώνουν τις αποβάθρες από τους συρµούς και µε τον τρόπο αυτό αυξάνουν την ασφάλεια των επιβατών, επιτρέπουν την οικονοµικότατη λειτουργία κλιµατισµού κτλ. 8. Πυροπροστασία και συνθήκες έκτακτης ανάγκης Η έγκαιρη και αποτελεσµατική αντιµετώπιση συµβάντων πυρκαγιάς σε τραίνα ή σε σταθµούς περιλαµβάνει αντικείµενα όπως η πυρανίχνευση, τα συστήµατα αερισµού και απαγωγής καπνού, η τεχνολογία των υλικών, τα συστήµατα αυτοµάτου ελέγχου που ενεργοποιούν τα συστήµατα προστασίας (π.χ. απαγωγείς καπνού), τα συστήµατα επιτήρησης και τέλος η οργανωµένη και αποτελεσµατική διαχείριση των συµβάντων. Τα ανωτέρω αποτελούν αντικείµενο έρευνας και τεχνολογικής εξέλιξης, και ειδικότερα : (α) η βελτίωση της αποτελεσµατικότητας των συστηµάτων πυρανίχνευσης µέσω εξέλιξης των αισθητήρων πυρανίχνευσης και των αλγορίθµων αναγνώρισης συµβάντων πυρκαϊάς (β) η βελτίωση της απόκρισης των συστηµάτων απαγωγής καπνού και ειδικότερα η αεροδυναµική απόδοση και η πυραντοχή των ανεµιστήρων µε ταυτόχρονο περιορισµό του επιπέδου θορύβου κατά την λειτουργία τους (γ) η έρευνα στα υλικά κατασκευής των τραίνων και των σταθµών περιλαµβανοµένων όλων των πλαστικών και συνθετικών υλικών ώστε να είναι κατά το δυνατόν άκαυστα ή να έχουν µεγάλη ικανότητα πυραντοχής και να µην εκλύουν τοξικά αέρια κατά την καύση τους, (δ) η τεχνητή νοηµοσύνη συστηµάτων επιτήρησης για αυτόµατη διάγνωση συνθηκών έκτακτης ανάγκης όχι απαραίτητα πυρκαϊάς. Σε αυτό το θέµα δύναται να εξελιχθεί σύστηµα ψηφιακής αναγνώρισης συµβάντων µέσω από το Κλειστό Κύκλωµα Tηλεόρασης (CCTV) που παρακολουθεί την ροή των επιβατών, µε ανάλυση από αλγόριθµους και µαθηµατικά µοντέλα που συνήθως χρησιµοποιούνται στην ρευστοµηχανική (στρωτή ή τυρβώδης 3
ροή). Συνδυασµός µε ηχητικούς ή και άλλους αισθητήρες (πχ πυρανίχνευσης) δύναται να βελτιστοποιήσει αυτό το σύστηµα το οποίο δύναται να έχει ευρύτατη εφαρµογή για αυτόµατη διάγνωση συνθηκών έκτακτης ανάγκης σε χώρους µε µεγάλη συγκέντρωση ανθρώπων (πχ. αεροδρόµια, στάδια, εκδηλώσεις κτλ). Η αυτόµατη και έγκαιρη διάγνωση συνθηκών ανάγκης συνεπάγεται και την αποτελεσµατικότερη ανταπόκριση και αντιµετώπιση των τυχόν συµβάντων. 9. Βιοκλιµατικός Σχεδιασµός Κτιρίων Αντικείµενο έρευνας αποτελεί η ανάπτυξη µεθόδων και προτύπων για τον βιοκλιµατικό σχεδιασµό κτιρίων, µε πιθανή εξειδίκευση όσον αφορά τα υπόγεια έργα και το µετρό, µε σκοπό την εξοικονόµηση ενέργειας λειτουργίας των κατασκευών αυτών, καθώς και την φιλικότητα προς τον χρήστη/επιβάτη µε την χρήση φυσικού φωτισµού, αερισµού κτλ. 10. Ερευνητικές Μέθοδοι Υπεδάφους Ιδιαίτερα χρήσιµο εργαλείο για οποιοδήποτε υπόγειο έργο αποτελούν οι τεχνικές σάρωσης του υπεδάφους από την επιφάνεια για τον προσδιορισµό εµποδίων (π.χ. δίκτυα, αγωγοί, πηγάδια, αρχαιολογικά). Η εξέλιξη αυτών των συστηµάτων που οι αρχές λειτουργίας των δύνανται να βασίζονται σε ηχητικές µεθόδους, υπερήχους ή ακτονοβολίες συγκεκριµένου µήκους κύµατος, θα βελτιώσει τις διάφορες εργασίες (αρχαιολογικές έρευνες, µετατόπιση δικτύων, κτλ) πριν την κύρια κατασκευή των έργων, και θα µειώσει τον χρόνο εκτέλεσης αυτών καθώς και τις ανεπιθύµητες καταστροφές υπογείων υποδοµών. 11. Πρόβλεψη διασποράς αερίων ρύπων Προτείνεται η ανάπτυξη µιάς σύνθετης µεθόδου πρόβλεψης διασποράς των αερίων ρύπων των αυτοκινήτων στην ατµόσφαιρα µιας πόλης µε την συνδυασµένη χρήση τριών ήδη επαρκώς ανεπτυγµένων µεθόδων και µοντέλων ως κάτωθι : (α) χρονικά εξαρτώµενη πρόβλεψη της κυκλοφορίας των αυτοκινήτων σε ένα συνολικό µοντέλο του οδικού δικτύου της πόλης. (β) πρόβλεψη της παραγωγής και της κατανοµής των αερίων ρύπων από τα αυτοκίνητα µε βάση το (α) ανωτέρω αλλά και την σύνθεση και χαρακτηριστικά του στόλου των αυτοκινήτων (ΙΧ, φορτηγά, λεωφορεία, παλαιάς ή νέας τεχνολογίας, ηλικία αυτών, άξονες λεωφορειακών γραµµών, δρόµοι όπου κινούνται φορτηγά, κτλ) (γ) πρόβλεψη της διασποράς στην ατµόσφαιρα των αερίων ρύπων που έχουν παραχθεί, µε την χρήση τρισδιάστατων και χρονικά εξαρτώµενων µοντέλων ρευστοµηχανικής οι οποίοι θα εφαρµόζονται στην τρισδιάσταση τοπολογία της πόλης, µε οριακές συνθήκες από τα (β) ανωτέρω, τα ατµοσφαιρικά χαρακτηριστικά (άνεµοι, θερµοκρασίες κτλ) και άλλα σχετικά δεδοµένα. Με την χρήση του ανωτέρω εργαλείου, µία πόλη δύνται να βελτιστοποιήσει τον σχεδιασµό των δηµοσίων συγκοινωνιών (γραµµές µετρό, γραµµές λεωφορείων, τρόλλεϋ, κτλ) µε γνώµονα την περιβαλλοντική ανάγκη για ελαχιστοποίηση των παραγόµενων αερίων ρύπων. Συµπεράσµατα Με βάση την εµπειρία από τον σχεδιασµό, την κατασκευή και την λειτουργία έργων µετρό, έντεκα προτάσεις παρουσιάζονται για περαιτέρω έρευνα, 4
τεχνολογική ανάπτυξη και εξέλιξη, στον χώρο των κατασκευών και των µεγάλων έργων, που όµως δύνανται να εφαρµοσθούν και σε άλλες εφαρµογές.. Οι προτάσεις αυτές που καλύπτουν έργα πολιτικού µηχανικού, ηλεκτροµηχανολογικά συστήµατα αλλά και θέµατα τόσο γενικού σχεδιασµού όσο και λειτουργίας, θεωρείται ότι αποτελούν εφικτούς στόχους για βραχυπρόθεσµα και µεσοπρόθεσµα ερευνητικά προγράµµατα, θα υπάρχει δε άµεσο πεδίο εφαρµογής για οτιδήποτε θετικό προκύψει από αυτά. Βιβλιογραφία 1. Λάγιος Π., Θέµατα καινοτοµίας στην κατασκευή υπογείων έργων του µετρό - τεχνολογικές και ερευνητικές προτεραιότητες, Ελληνική Τεχνολογική Πλατφόρµα, 1 η ηµερίδα ΤΕΕ, Αθήνα, Φεβ. 2005 2. Κερµετζόγλου Α., Φραντζής Ε., Ιακώβου Β., Κατασκευές µε µεγάλη διάρκεια ζωής / οι προτάσεις του Ευρωπαϊκού προτύπου EN 206-1, 14 ο Συνέδριο Σκυροδέµατος, Κώς, Οκτ. 2003 3. Neville A.M. Properties of Concrete, Longman Group Limited, 1995 4. ACI Committee 544, State of the art report on fibre reinforced concrete, 1986 5. Hassounah, M.I., Miller E.J., Modelling air pollution from road traffic: a review, J. of Traffic Engineering + Control, Sept. 1994 6. Roemer M.G.M. Box model calculations of emission abatement strategies in the greater Athens area, Report of Ministry of Housing, Physical Planning and Environment-Netherlands and Ministry for the Environment, Physical Planning and Public Works-Greece, Sept 1989 7. Moussiopoulos N., The Athens Experience Tutorial notes, Air Pollution Conference, Monterrey, Mexico, Feb. 1993 5