ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΕΙΣ ΒΡΑΧΟΜΑΖΑΣ. ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗΣ Γενικά περί συστημάτων ταξινόμησης Ιστορική αναδρομή. Κατά τη διάρκεια της προκαταρκτικής φάσης έρευνας για την κατασκευή ενός τεχνικού έργου, οπότε και τα στοιχεία που διαθέτουμε για τη γεωμηχανική συμπεριφορά της βραχομάζας είναι περιορισμένα, δηλαδή λείπουν οι λεπτομερείς γνώσεις αναφορικά με τις τάσεις που αναπτύσσονται στο χώρο του έργου, τις ιδιότητες της βραχομάζας κλπ, η χρήση συστημάτων ταξινόμησης της βραχομάζας, προσφέρει σημαντικές υπηρεσίες στον σωστό σχεδιασμό του έργου. Με άλλα λόγια, οι ταξινομήσεις της βραχομάζας αποτελούν τη ραχοκοκαλιά του εμπειρικού σχεδιασμού ενός τεχνικού έργου δηλαδή βασικό εργαλείο στη μηχανική προσέγγιση των πετρωμάτων. Πράγματι, σε όλες σχεδόν τις σήραγγες η κατασκευή αρχίζει με τη χρήση κάποιου συστήματος ταξινόμησης.
Εδώ θα πρέπει να τονισθεί ότι οποιοδήποτε σύστημα ταξινόμησης δεν μπορεί να υποκαταστήσει τις πλέον εξειδικευμένες τεχνικές σχεδιασμού, αναφορικά με το τασικό πεδίο, τις ιδιότητες της βραχομάζας αλλά και των μεθόδων εκσκαφής που ανταποκρίνονται καλύτερα στις επιτόπου συνθήκες. Όμως, καθώς αυτά τα στοιχεία σε ένα πρώιμο στάδιο έρευνας δεν είναι διαθέσιμα, η χρήση των συστημάτων ταξινόμησης αποκτά σημαντικό ενδιαφέρον. Βέβαια, στη συνέχεια και αφού τα υπόψη στοιχεία αποκτηθούν από τη λεπτομερή έρευνα, τα αποτελέσματα των συστημάτων ταξινόμησης θα πρέπει να αναθεωρούνται και να χρησιμοποιούνται σε συνδυασμό με αυτά της λεπτομερούς έρευνας. Αναλυτικότερα, η ανάπτυξη των συστημάτων ταξινόμησης στηρίχθηκε στην εμπειρία που είχε αποκτηθεί στο πεδίο κατασκευής των διαφόρων τεχνικών έργων και οι πρώτες σχετικές προσπάθειες ανάγονται εδώ και περισσότερο από 00 χρόνια, οπότε επιχειρήθηκε για πρώτη φορά η διαμόρφωση εμπειρικών προσεγγίσεων στο σχεδιασμό σηράγγων. 2
Οι αρχικές προσπάθειες στηρίχθηκαν σε χαρακτηριστικό γνώρισμα του υγιούς (ακέραιου) βράχου, όπως η αντοχή σε μονοαξονική θλίψη. n n n Μια πρώτη προσπάθεια ταξινόμησης έγινε από τον Ritter (879) προκειμένου να μορφοποιήσει και να προσεγγίσει εμπειρικά το σχεδιασμό σηράγγων για τον προσδιορισμό της κατάλληλης μεθόδου αντιστήριξης. Επίσης μια σχετική προσπάθεια ταξινόμησης, που λάμβανε υπόψη τις ιδιότητες της βραχομάζας ήταν αυτή που εφαρμόστηκε κατά τη διάνοιξη του καναλιού του Παναμά (884) και ονομάστηκε Ταξινόμηση του καναλιού του Παναμά. Στη συνέχεια ο Terzaghi, to 946 διαμόρφωσε την μέθοδο ταξινόμησης του βραχώδους φορτίου (Rock load classification method), εκτιμώντας τα κατάλληλα φορτία για σιδηρά πλαίσια στη βάση περιγραφικής ταξινόμησης. ταξινόμησης Το είδος αυτής της αντιστήριξης χρησιμοποιείτο για αρκετές δεκαετίες και συνεπώς η μέθοδος αυτή είχε μεγάλη σημασία στα υπόγεια έργα. 3
Όμως σήμερα που με τις σύγχρονες μεθόδους η αντιστήριξη βασίζεται κυρίως στο εκτοξευόμενο σκυρόδεμα και στις αγκυρώσεις, αγκυρώσεις η μέθοδος αυτή δεν κυριαρχεί. Στο διπλανό Σχήμα οι δυνάμεις τριβής ανθίστανται στην κίνηση της χαλαρωμένης βραχομάζας (acdb) και βοηθούν στη μεταφορά του μεγαλύτερου μέρους από το βάρος των υπερκειμένων στη βραχομάζα των πλευρών της σήραγγας. Απεικόνιση ταξινόμησης βραχώδους φορτίου κατά Terzaghi. Επομένως η οροφή και οι παρειές της σήραγγας υποστηρίζουν ένα φορτίο Ηp, το οποίο ο Terzaghi συνδέει με τις διαστάσεις της σήραγγας (Β & Ητ) και τα χαρακτηριστικά του πετρώματος, πετρώματος όπως, κερματισμό, διογκωσιμότητα, συμπιεστότητα, κλπ Παράδειγμα της σχέσης αυτής δίνεται στον επόμενο Πίνακα. 4
Είδος πετρώματος και φορτίο κατά Terzaghi. Κατάσταση πετρώματος Φορτίο, Hp Παρατηρήσεις αντιστήριξης Σκληρό και άρρηκτο πέτρωμα Πέτρωμα με στρώση ή σχιστότητα Πέτρωμα με μέτριο κερματισμό Μέτρια θρυμματισμένο πέτρωμα Ισχυρά θρυμματισμένο πέτρωμα Πλήρως θρυμματισμένο πέτρωμα 0 0 0,5Β 0 0,25Β 0,25Β 0,35 (Β+Ηt (Β+Ηt) (0,35,0) (Β+Ηt (Β+Ηt),0 (Β+Ηt (Β+Ηt) Χωρίς Ελαφρά τελική επένδυση τοπικά Ελαφρά αντιστήριξη σε θέσεις απολέπισης Όχι πλευρικές πιέσεις Λίγες ή καθόλου πλευρικές πιέσεις Συμπιεζόμενο πέτρωμα σε μικρό βάθος (,0 2,0) (Β+Ηt (Β+Ηt) Σημαντικές πλευρικές πιέσεις. Η δράση των εκροών στη χαλάρωση επιβάλλει είτε υποστήριξη των κάτω άκρων των πλαισίων είτε κυκλικά πλαίσια. Συμπιεζόμενο πέτρωμα σε μεγάλο βάθος (2,0 4,50) (Β+Ηt (Β+Ηt) Υψηλές πλευρικές πιέσεις. Ανάστροφο τόξο απαιτείται, ενώ συστήνεται η χρήση κυκλικών πλαισίων. Διογκούμενο πέτρωμα Μέχρι και 80m το Ηp είναι ανεξάρτητο του (Β+Ηt (Β+Ηt) Συστήνεται η χρήση κυκλικών πλαισίων. Σε ακραίες περιπτώσεις απαιτείται η χρήση ευέλικτης αντιστήριξης. 5
3. Ο Lauffer (958) πρότεινε σύστημα ταξινόμησης βασισμένο στο χρόνο ευστάθειας υπόγειου ανοίγματος (Stand up time method). Στηρίχθηκε σε προγενέστερες έρευνες άλλου ερευνητή, ο οποίος τόνιζε τη σημασία των ατελειών της βραχομάζας. βραχομάζας Έτσι, ο Lauffer πρότεινε ότι ο χρόνος παραμονής χωρίς αντιστήριξη κάθε υπόγειου ανοίγματος σχετίζεται με την ποιότητα της βραχομάζας στην οποία έχει διαμορφωθεί το υπόγειο άνοιγμα. Αναφέρει επίσης ότι ο χρόνος ευστάθειας τμήματος χωρίς αντιστήριξη σχετίζεται άμεσα με: (α) τον προσανατολισμό του άξονα της σήραγγας, (β) τη διατομή του υπόγειου ανοίγματος, και (γ) τις μεθόδους εκσκαφής και αντιστήριξης. Αυτή η αρχική ταξινόμηση κατά Lauffer δεν χρησιμοποιείται πλέον καθώς με συνεχείς τροποποιήσεις από άλλους Αυστριακούς μηχανικούς στη διάρκεια των επόμενων δεκαετιών, οδήγησε στη διαμόρφωση της Νέας Αυστριακής Μεθόδου (ΝΑΤΜ). Η κύρια σημασία των τροποποιήσεων αυτών αναφέρεται στη σχέση αύξησης του ύψους του υπόγειου ανοίγματος και μείωσης του χρόνου ευστάθειας. ευστάθειας Έτσι ο χρόνος ευστάθειας και το μέγεθος του υπόγειου ανοίγματος καθορίζουν το σωστό τύπο και μέγεθος της αντιστήριξης. 6
n Η ΝΑΤΜ (Νέα Αυστριακή Μέθοδος διάνοιξης Σηράγγων), που διαμορφώθηκε μεταξύ 959 και 965, αποτελεί την επιστημονική εμπειρική μέθοδο που εμπεριέχει όμως τη θεωρητική βάση της σχέσης των τάσεων και του αποσχηματισμού των πετρωμάτων, γύρω από τη σήραγγα. O Müller (978) θεωρεί την NATM σαν μια ταξινόμηση που υπηρετεί συγκεκριμένες αρχές. Αν και αναφέρει περίπου 22, ο Bieniawski (989) πιστεύει ότι οι σπουδαιότερες είναι οι ακόλουθες επτά: Ενεργοποίηση της αντοχής της βραχομάζας. βραχομάζας Η φιλοσοφία της μεθόδου στηρίζεται στην ενεργοποίηση της εσωτερικής αντοχής του πετρώματος που περιβάλλει τη σήραγγα, σαν το κύριο στοιχείο της αντιστήριξης. Έτσι η αρχική αντιστήριξη έχει σαν βασικό στόχο αυτή την ενεργοποίηση. Συνεπώς η αρχική αντιστήριξη πρέπει να εφαρμόζεται σωστά χρονικά και να έχει τα κατάλληλα χαρακτηριστικά για το σκοπό αυτό. 7
Προστασία με τη χρήση εκτοξευόμενου σκυροδέματος. σκυροδέματος Προκειμένου να διατηρηθεί η ικανότητα αυτοϋποστήριξης της βραχομάζας, πρέπει να περιοριστούν η χαλάρωση και οι εκτεταμένες παραμορφώσεις αυτής. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί με την εφαρμογή λεπτού στρώματος εκτοξευόμενου σκυροδέματος, σε συνδυασμό με κατάλληλες αγκυρώσεις και αμέσως μετά την κάθε προχώρηση. Το όλο σύστημα θα πρέπει να είναι σε πλήρη επαφή με το πέτρωμα έτσι ώστε να παραμορφώνεται μαζί του. Μετρήσεις. Μετρήσεις Βασική προϋπόθεση για την καλή λειτουργία της μεθόδου είναι η χρήση πολύ εξειδικευμένου και ακριβούς συστήματος μετρήσεων. Αυτές πρέπει να αρχίζουν κατά το χρόνο επίστρωσης του εκτoξευόμεvoυ σκυροδέματος, έτσι ώστε να παρακολουθούνται με ακρίβεια οι όποιες παραμορφώσεις και τα φορτία που θα αναπτυχθούν στην αντιστήριξη. Με αυτόν τον τρόπο θα αποκτηθούν οι πληροφορίες εκείνες που θα αποτελέσουν τη βάση για την τελική αντιστήριξη. 8
Εύκαμπτη αντιστήριξη. αντιστήριξη Η φιλοσοφία της ΝΑΤΜ είναι η εφαρμογή εύκαμπτης αντί άκαμπτης αντιστήριξης. Η ενίσχυση του σχηματισμού επιτυγχάνεται όχι με επένδυση από μπετόν μεγάλου πάχους, αλλά με τη συνδυασμένη χρήση αγκυρίων, πλέγματος, και τοπικά πλαισίων. Η εύκαμπτη αντιστήριξη θα αποτελέσει πλήρως ή μερικώς και την τελική αντιστήριξη. Το μέγεθος της δηλαδή, θα εξαρτηθεί από τα αποτελέσματα των σχετικών μετρήσεων. Γρήγορη κατασκευή του ανάστροφου τόξου. τόξου Η γρήγορη κατάσκευή του ανάστροφου τόξου είναι σημαντική για τη σήραγγα έτσι ώστε να διαμορφώνεται γύρω από το άνοιγμα βραχώδης δακτύλιος υποδοχής φορτίων. Αυτό είναι ιδιαίτερα σημαντικό για σχηματισμούς μαλακούς όπου όλη η επιφάνεια της σήραγγας πρέπει να αντιστηρίζεται. Βέβαια για καλής συμπεριφοράς πετρώματα, η γρήγορη κατασκευή της αντιστήριξης δεν ενδείκνυται, αφού η αντιστήριξη πρέπει να εφαρμοστεί μετά τον πρώτο αποσχηματισμό της βραχομάζας, δηλαδή μετά την πλήρη ενεργοποίηση του πετρώματος να ανεχθεί τα σχετικά φορτία. 9
Ευελιξία στη σύμβαση. σύμβαση Οι προηγούμενες αρχές της μεθόδου, μπορούν να εφαρμοστούν μόνο όταν υπάρχει ευελιξία στους όρους της σύμβασης που έχει υπογραφεί μεταξύ του κύριου του έργου και του κατασκευαστή. Καθώς η ΝΑΤΜ στηρίζεται σε μετρήσεις παρακολούθησης των αλλαγών στην κατάσταση της βραχομάζας, αλλαγές στην αντιστήριξη και στον τρόπο κατασκευής πρέπει να επιτρέπονται από τη σχετική σύμβαση. Καθορισμός των μέτρων αντιστήριξης με την ταξινόμηση της βραχομάζας. βραχομάζας Μετά από κάθε προχώρηση, η αντιστήριξη στηρίζεται στην ταξινόμηση της βραχομάζας και αυτό πρέπει να επιτρέπεται από τη σύμβαση. Αν αυτό δεν συμβαίνει σε κάποια χώρα, η εφαρμογή της μεθόδου είναι αδύνατη. Σύμφωνα με την αρχή της μεθόδου ΝΑΤΜ, η διάνοιξη της σήραγγας και η κατασκευή της άμεσης αντιστήριξης γίνονται κατά τρόπο ώστε να μην προκληθεί αποδιοργάνωση της βραχομάζας βραχομάζα με συνέπεια την αύξηση των πιέσεων στην άμεση αντιστήριξη και τελικώς την κατάρρευση της σήραγγας. 0
5. Ο Deer ανάπτυξε το δείκτη ποιότητας των πετρωμάτων το γνωστό RQD, που δημοσίευσε το 967 με σκοπό τον καθορισμό ενός ποσοτικού υπολογισμού της ποιότητας της βραχομάζας. Σύμφωνα με αυτόν, η σχέση μεταξύ RQD και ποιότητας πετρώματος δίνεται στον Πίνακα που ακολουθεί, ενώ η σωστή διαδικασία μέτρησης του RQD απεικονίζεται στο επόμενο Σχήμα. Σχέση RQD και ποιότητας πετρώματος. RQD (%) <25 Ποιότητα πετρώματος Πολύ πτωχό ποιοτικά πέτρωμα 25-50 Πτωχό ποιοτικά πέτρωμα 50-75 Μέτριο ποιοτικά πέτρωμα 75-90 Καλής ποιότητας πέτρωμα 90-00 Πολύ καλής ποιότητας πέτρωμα
Διαδικασία μέτρησης υπολογισμού του RQD. 6. Σημαντικότερη πάντως κατάταξη ήταν αυτή των Deere Miller (966), που στηρίχθηκε στην αντοχή των πετρωμάτων (Co) και στο λόγο εφαπτομενικού μέτρου ελαστικότητας Et προς την αντοχή, Co, όπου το Et λαμβάνεται για σ = Co/2. 2 και
Σύμφωνα με την ταξινόμηση αυτή, η αντοχή σε θλίψη που αποτελεί το πρώτο κριτήριο διακρίνεται σε πέντε κατηγορίες που φαίνονται στον επόμενο Πίνακα και αναλύονται ως εξής: (α) Το όριο μεταξύ της κατηγορίας Α και Β είναι η τιμή των 220 περίπου MN/m3, που αντιστοιχεί περίπου στην ανώτερη τιμή αντοχής για τα πετρώματα. Λίγα πετρώματα εμπίπτουν δηλαδή στην κατηγορία Α, όπως χαλαζίτες, διαβάσες, βασάλτες, κλπ, (β) Η κατηγορία Β αναφέρεται σε εύρος κύμανσης αντοχής που αντιστοιχεί στην αντοχή των λοιπών εκρηξιγενών, των σκληρών μεταμορφωμένων, των ασβεστολίθων και δολομιτών, αλλά και των σκληρών ιζημάτων, (γ) στην κατηγορία C εντάσσονται τα λοιπά μεταμορφωμένα και τα πορώδη ιζήματα, Ταξινόμηση άρρηκτου πετρώματος. Περιγραφή Κατηγορία Αντοχή, σε MPa Α >220 Β 0-220 Υψηλή αντοχή C 55 0 Μέση αντοχή D 28-55 E <28 Πολύ υψηλή αντοχή Χαμηλή αντοχή Πολύ χαμηλή αντοχή 3
(δ) στις κατηγορίες D και Ε υπάγονται τα χαμηλής αντοχής, πορώδη, εύθρυπτα και αποσαθρωμένα πετρώματα. Το δεύτερο κριτήριο σε αυτή την ταξινόμηση είναι ο λόγος του μέτρου ελαστικότητας προς την αντοχή σε ανεμπόδιστη θλίψη για το πέτρωμα που εξετάζεται. Αναφορικά με την αναλογία του λόγου αυτού, τα πετρώματα διακρίνονται σε αυτά με χαμηλή (L), μέτρια (M) και υψηλή (H) αναλογία μέτρου, με τα όρια της μέτριας αναλογίας να βρίσκονται μεταξύ 500: και 200:. Τυπική ταξινόμηση για εκρηξιγενή πετρώματα, κατά Deere-Miller, 966. 4
7. Οι Franklin et al (97) στη δική τους ταξινόμηση συνδύασαν δύο δείκτες, αυτούς της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη και της απόστασης των ασυνεχειών, ασυνεχειών προκειμένου να παρουσιάσουν ένα δείκτη ποιότητας πετρώματος. Αρχικά διέκριναν επτά κατηγορίες αναφορικά με την αντοχή σε θλίψη (από πολύ ασθενής έως πάρα πολύ υψηλή), που αποτυπώνονται οριζόντια στην κορυφή του σχετικού διαγράμματος. Στη βάση του σχήματος αυτού, δίνονται οι κατηγοριοποιήσεις του δείκτη αντοχής (Ιs) από τη δοκιμή αιχμής. Διάγραμμα ποιοτικής διάκρισης πετρωμάτων. Γενική ταξινόμηση. 5
Στο δεξιό κατακόρυφο άκρο του ίδιου σχήματος δίνεται η κατηγοριοποίηση της απόστασης των ασυνεχειών στρώσης, ενώ στο αριστερό η απόσταση των ασυνεχειών διάρρηξης. Έτσι, οι σχηματισμοί διακρίνονται σε 6 κατηγορίες, που ζωνοποιούν το διάγραμμα και αποτελούν δείκτη ταξινόμησης. Η πρώτη πάντως πλήρης ταξινόμηση-μοντέλο πρόγνωσης της αντιστήριξης των σχηματισμών, μετά από αυτήν του Terzaghi, ήταν η ταξινόμηση RSR (Rock Structure Rating), δηλαδή η ταξινόμηση της βραχώδους δομής. Η ταξινόμηση αυτή, που προτάθηκε από τους Wickham et al το 972, ενσωματώνει την κατάσταση της βραχομάζας αλλά και την κατάλληλη αντιστήριξη του σχηματισμού. Η μέθοδος αυτή ήταν ένα βήμα μπροστά από τις άλλες ταξινομήσεις που είχαν προταθεί μέχρι τότε, από πολλές απόψεις: 6
Πρώτον, ήταν ταξινόμηση με ποσοτικοποίηση παραμέτρων, αντίθετα από αυτήν του Terzaghi αναφερόταν σε ποιοτικούς χαρακτηρισμούς. Δεύτερον, ήταν η πρώτη ταξινόμηση που περιλάμβανε πολλές παραμέτρους σε αντίθεση π.χ. με το δείκτη RQD που περιορίζεται στην ποιότητα του πετρώματος. Τρίτον, ήταν πλήρης ταξινόμηση που μετά την εισαγωγή στοιχείων κατέληγε σε αποτέλεσμα, αντίθετα π.χ. με την ταξινόμηση του Lauffer, που βασίζεται σε πρακτική εμπειρία για τις κατηγορίες της βραχομάζας και καταλήγει σε σχέση χρόνου ευστάθειας και ανοίγματος σήραγγας. των που 7
Γενικά, η κύρια συμβολή της ήταν ο καθορισμός ενός συστήματος βαθμονόμησης βραχομαζών, που προκύπτει από το άθροισμα των τιμών βαρύτητας των επιμέρους παραμέτρων που εμπλέκονται στη διαδικασία. Το σύστημα στηρίχθηκε σε προηγούμενες εργασίες στο θέμα των ταξινομήσεων, αλλά και σε μελέτες υπόγειων έργων. Σύμφωνα με τον Bieniawski, η ταξινόμηση RSR αναφέρεται σε δύο κύριες κατηγορίες παραγόντων, που επηρεάζουν τη συμπεριφορά της βραχομάζας στη διάνοιξη σηράγγων, δηλαδή γεωλογικούς και κατασκευαστικούς παράγοντες. παράγοντες Οι πρώτοι αναφέρονται: (α) στον τύπο του πετρώματος, (β) στον τύπο των ασυνεχειών, (γ) στον προσανατολισμό αυτών, (δ) στη μέση απόσταση των ασυνεχειών, (ε) στα μεγάλα ρήγματα και πτυχές, (στ) στις ιδιότητες των σχηματισμών που συναντώνται, (ζ) στην αποσάθρωση και εξαλλοίωση. 8
Οι συγγραφείς που διαμόρφωσαν τη μέθοδο αυτή σχολιάζουν ότι οι παραπάνω παράγοντες, άλλοτε μπορεί να προσδιοριστούν με ακρίβεια, ενώ άλλοτε μόνο γενικές προσεγγίσεις μπορεί να γίνουν. Οι κατασκευαστικοί παράγοντες που χρησιμοποιήθηκαν ήταν: (α) το μέγεθος της σήραγγας, (β) η διεύθυνση της εκσκαφής και (γ) η μέθοδος της εκσκαφής. Όλοι οι παραπάνω παράγοντες ομαδοποιήθηκαν σε τρεις ομάδες παραμέτρων δηλαδή, Α, Β και C, με την κάθε μια να αποτελεί εκτίμηση είτε γεωλογικών παραγόντων είτε κατασκευαστικών. Η τιμή RSR προέκυψε από το άθροισμα των τιμών βαρύτητας των τριών ομάδων παραμέτρων, δηλαδή: RSR = Α + Β + C, με μέγιστη τιμή 00. Η RSR αντανακλά την ποιότητα της βραχομάζας αναφορικά με την ανάγκη αντιστήριξης. αντιστήριξης Αυτές οι τρεις ομάδες παραμέτρων έχουν ως εξής: εξής Ομάδα Παραμέτρων Α: Αναφέρεται σε γενική εκτίμηση της βραχώδους δομής με βάση: 9
α. την προέλευση του πετρώματος (εκρηξιγενές, μεταμορφωμένο, ιζηματογενές), β. τη σκληρότητα του πετρώματος (σκληρό, μέσης σκληρότητας, μαλακό, αποσυντεθημένο), γ. τη γεωλογική δομή (μαζώδες, ελαφρά, μερικώς ή και ισχυρά κερματισμένο πέτρωμα). Η Ομάδα Παραμέτρων Β: Αναφέρεται στο αποτέλεσμα της σχέσης της διάταξης των ασυνεχειών αναφορικά με τη διεύθυνση της σήραγγας και σχετίζεται με: α. την απόσταση των ασυνεχειών, β. τον προσανατολισμό των ασυνεχειών, γ. τη διεύθυνση διάνοιξης της σήραγγας. Η Ομάδα Παραμέτρων C: Αναφέρεται στην επίδραση του υπόγειου νερού βασισμένη: α. στην ποιότητα της βραχομάζας όπως διαμορφώνεται από το συνδυασμό των ομάδων παραμέτρων Α και Β, β. την κατάσταση των ασυνεχειών (καλή, μέτρια, πτωχή) γ. την ποσότητα ροής του νερού ανά λεπτό ανά 330 μέτρα περίπου σήραγγας. 20
Στη συνέχεια και με μια συσχέτιση των τιμών RSR με διάφορες διαμέτρους σηράγγων προσδιορίζεται η προσαρμοσμένη τιμή RSR για σήραγγες που διανοίγονταν με μηχανικά μέσα. Ακόμα προσδιορίζεται η συσχέτιση της RSR με το πραγματικό είδος αντιστήριξης, μια συσχέτιση που αναφέρεται στο λόγο των πλαισίων αντιστήριξης (RR). Ο λόγος αυτός υπολογίζεται από τη διαίρεση της θεωρητικής απόστασης των πλαισίων με την πραγματική, πολλαπλασιάζοντας το αποτέλεσμα με 00. n Ακόμα, οι Coates Parsons (966) διαμόρφωσαν ένα άλλο σύστημα ταξινόμησης με βάση την αντοχή του ακέραιου πετρώματος και τη συμπεριφορά αυτού στην παραμόρφωση, ενώ n Oι ταξινομήσεις του Βρετανικού Γεωλογικού Ινστιτούτου (BGS) που διαμορφώθηκε το 970 και του ISRM (98) στηρίχθηκαν στο βαθμό αποσάθρωσης και στην αντοχή των πετρωμάτων, αντίστοιχα. Όμως οι ταξινομήσεις αυτές χρειάζονται ένα καλό εργαστήριο και βέβαια βραχομάζα χωρίς ασυνέχειες. ασυνέχειες Αυτές οι προϋποθέσεις καθιστούν την εφαρμογή μιας τέτοιας ταξινόμησης δύσκολη στην ύπαιθρο. 2
Για αυτούς τους λόγους, οι προσπάθειες στη συνέχεια στράφηκαν σε ταξινομήσεις της βραχομάζας που συνδύαζαν το δείκτη RQD, με την αντοχή του πετρώματος. Τα πλέον πρόσφατα πολυπαραμετρικά συστήματα ταξινόμησης Τα συστήματα που περιγράφηκαν προηγούμενα, αποτέλεσαν τη βάση για τα πλέον σύγχρονα συστήματα ταξινόμησης, ταξινόμησης που σήμερα έχουν ευρεία εφαρμογή. Δηλαδή αυτά μετεξελίχθηκαν πάνω σε συγκεκριμένα παραδείγματα τεχνικών έργων και για συγκεκριμένες περιοχές (προσαρμοσμένα στις τοπικές γεωτεχνικές συνθήκες), με συνέπεια αυτό να απαιτεί ιδιαίτερο σκεπτικισμό για ευρεία χρήση τους. Αυτός ο σκεπτικισμός οδήγησε με την πάροδο του χρόνου στη διαμόρφωση συστημάτων ταξινόμησης πλέον πολύπλοκων, πολύπλοκων δηλαδή συστημάτων που εμπεριέχουν πάρα πολλές παραμέτρους, παραμέτρους στην προσπάθεια των επιστημόνων που τα πρότειναν να ελαχιστοποιήσουν τα σφάλματα προσαρμογής σε τοπικές συνθήκες. 22
Με τη βοήθεια συνεπώς των συνετά χρησιμοποιούμενων συστημάτων ταξινόμησης, επιδιώκεται η κατανόηση των γεωμηχανικών παραμέτρων διατμητικής αντοχής της βραχομάζας, βραχομάζας έτσι ώστε με τη βοήθεια σχετικών πινάκων να διαμορφώνονται οι πρώτες προτάσεις για τα αναγκαία μέτρα ενίσχυσης και προστασίας των εκσκαφών πρανών ή και σηράγγων. σηράγγων Τα πλέον ευρέως εφαρμοζόμενα σήμερα συστήματα ταξινόμησης, είναι αυτά των: πολυπαραμετρικά Bieniawski (RMR) Barton (Q-System) GSI. Σχετικά πρόσφατα, ο Hoek και άλλοι για τη δυνατότητα εύκολου υπολογισμού των παραμέτρων που υπεισέρχονται στον τύπο του κριτηρίου αστοχίας, που είχε διατυπωθεί παλαιότερα από τους Hoek & Brown, πρότειναν τη χρήση ενός νέου δείκτη που τον ονόμασαν GSI. GSI 23
Ο δείκτης αυτός συνδυάζει τη δομή της βραχομάζας (κερματισμός, συστήματα ασυνεχειών) με την κατάσταση των ασυνεχειών από πλευράς αποσάθρωσης, τραχύτητας, υλικού πλήρωσης κλπ, δίνοντας μια βαθμονόμηση από 0 έως 00. Με τα συστήματα ταξινόμησης αναλύονται οι παράμετροι αναφοράς και προκύπτει η βαθμονόμηση αυτών. Επιπρόσθετα, γίνεται η τελική ποιοτική βαθμονόμηση της βραχομάζας και η απόκτηση των ορίων κύμανσης των γεωμηχανικών παραμέτρων αυτής, δηλαδή διευκολύνεται η ομαδοποίηση της βραχώδους μάζας με βάση ποιοτικά και ποσοτικά δεδομένα, σε ενότητες με παρόμοια γεωμηχανική συμπεριφορά. Γενικά οι αναγκαίες παράμετροι για την εφαρμογή των συστημάτων ταξινόμησης κατά Bieniawski και Barton είναι: είναι Αντοχή, RQD, Αριθμός συστημάτων ασυνεχειών, Κατάσταση ασυνεχειών (άνοιγμα, πλήρωση, τραχύτητα, κλπ), Καθεστώς υπόγειου νερού, κλπ. 24
Οι δύο πρώτες από αυτές (αντοχή και RQD) λαμβάνονται συνήθως από τα αποτελέσματα του γεωτρητικού προγράμματος, ενώ τα χαρακτηριστικά των ασυνεχειών, μετρούνται και εκτιμούνται κατά την διάρκεια των λοιπών εργασιών υπαίθρου. Αναλυτικότερα για κάθε μια από αυτές τις ταξινομήσεις μπορεί να διατυπωθούν οι ακόλουθοι σχολιασμοί. A. Γεωμηχανική ταξινόμηση κατά Bieniawski (RMR) Το σύστημα ταξινόμησης RMR (Rock Mass Rating) που αναπτύχθηκε από τον Bieniawski την περίοδο 972 973, έχει υποστεί διαδοχικές τροποποιήσεις στις βαθμονομήσεις των διαφόρων παραμέτρων μέχρι σήμερα, καθώς έχουν μελετηθεί πολλές περιπτώσεις. Για την ταξινόμηση της βραχομάζας με το σύστημα αυτό χρησιμοποιούνται έξι (6) παράμετροι, δηλαδή: 25
Αντοχή, RQD, Απόσταση των ασυνεχειών, Κατάσταση ασυνεχειών όπως συνέχεια, άνοιγμα, πλήρωση, τραχύτητα, κλπ, Καθεστώς υπόγειου νερού, κλπ. Προσανατολισμός ασυνεχειών. Οι κατηγοριοποιήσεις των κύριων παραμέτρων των ασυνεχειών που χρησιμοποιούνται φαίνονται στους 6 Πίνακες που ακολουθούν. Κατάταξη συνέχειας ασυνεχειών. ΣΥΝΕΧΕΙΑ (P) PERSISTANCE (P) < m Very Low - 3 m Low Μέτρια 3-0 m Medium 4 Μεγάλη 0-20 m High 5 Πολύ Μεγάλη > 20 m Very High Πολύ Μικρή 2 Μικρή 3 26
Κατάταξη ανοίγματος ασυνεχειών. ΑΝΟΙΓΜΑ (A) APERTURE (A) < 0.0 mm Very Tight 0.0-0.25 mm Tight Μερικά Ανοικτές 0.25-0.50 mm Partly Open 4 Ανοικτές 0.50-2.50 mm Open 5 Μέτρια Ευρείες 2.50-0 mm Moderately Wide 6 Ευρείες > 0 mm Wide 7 Πολύ Ευρείες - 0 cm Very Wide 8 Εξαιρετικά Ευρείες 0-00 cm Extremely Wide 9 Σπηλαιώδεις > 00 cm Cavernous Πολύ Κλειστές 2 Κλειστές 3 "Closed" Features "Gapped" Features "Open" Features 27
Κατάταξη τραχύτητας ασυνεχειών. ΤΡΑΧΥΤΗΤΑ (R) ROUGHNESS (R) Τραχεία Κλιμακωτή Rough Stepped 2 Λεία Κλιμακωτή Smooth Stepped 3 Κατοπτρική Κλιμακωτή Slickensided Stepped 4 Τραχεία Κυματοειδής Rough Undulating 5 Λεία Κυματοειδής Smooth Undulating 6 Κατοπτρική Κυματοειδής Slickensided Undulating 7 Τραχεία Επίπεδη Rough Planar 8 Λεία Επίπεδη Smooth Planar 9 Κατοπτρική Επίπεδη Slickensided Planar 28
Κατάταξη απόστασης ασυνεχειών. ΑΠΟΣΤΑΣΗ (S) SPACING (S) < 20 mm Extremely Close 20-60 mm Very Close Μικρή Απόσταση 60-200 mm Close 4 Μέτρια Απόσταση 200-600 mm Moderate 5 Μεγάλη Aπόσταση 600-2000 mm Wide 6 Πολύ Μεγάλη Απόσταση 2000-6000 mm Very Wide 7 Εξαιρετικά Απόσταση > 6000 mm Extremely Wide Εξαιρετικά Μικρή Απόσταση 2 Πολύ Μικρή Απόσταση 3 Μεγάλη Κατάταξη υλικού πλήρωσης ασυνεχειών ΥΛΙΚΟ ΠΛΗΡΩΣΗΣ (F) NATURE OF FILLING MATERIAL (F) Χωρίς Πλήρωση Without Filling 2 Αργιλικό - Ιλυώδες Clayey - Silty 3 Αμμώδες Sandy 4 Ασβεστιτικό Calcitic 5 Χλωριτικό - Ταλκικό Chlorite, Talc 6 Χαλαζιακό Quartzite 7 Μυλονιτικό Mylonitic 8 Λατυποπαγές Breccia 29
Κατάταξη καθεστώτος νερού στις ασυνέχειες ΝΕΡΟ (W) WATER (W) Χωρίς Νερό Dry 2 Υγρή Κατάσταση Damp 3 Πολύ Υγρή Κατάσταση Wet 4 Ροή Στάγδην Dripping 5 Συνεχής Ροή Flowing Οι βαθμονομήσεις όλων των χρησιμοποιούμενων παραμέτρων, οι προσαρμογές, προσαρμογές οι ενότητες της βραχομάζας που προκύπτουν, καθώς και τα όρια κύμανσης της συνοχής και της γωνίας τριβής, τριβής αλλά και ο μέσος χρόνος ευστάθειας, ευστάθειας δίνονται στον Πίνακα που ακολουθεί, όπως αυτός τροποποιήθηκε το 989 (RMR89). 30
A. ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗΣ ΚΑΙ ΟΙ ΒΑΘΜΟΝΟΜΗΣΕΙΣ ΤΟΥΣ 2 3 ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΣ Αντοχή Αντοχή υγιούς με τη πετρώματος δοκιμή αιχμής Μονοαξο νική αντοχή σε θλίψη Βαθμονόμηση RQD Βαθμονόμηση Απόσταση ασυνεχειών Βαθμονόμηση 4 > 0 MPa 4-0 MPa ΕΥΡΟΣ ΤΙΜΩΝ 2-4 MPa - 2 Mpa > 250 MPa 00-250 MPa 50-00 MPa 25-50 MPa 5 90% - 00% 20 >2m 2 75% - 90% 7 0.6-2 m 7 50% - 75% 3 200-600 mm 4 25% - 50% 8 60-200 mm 2 < 25% 3 < 60 mm 20 5 0 8 5 Στην περίπτωση του χαμηλού αυτού εύρους τιμών προτιμάται η αντοχή σε ανεμπόδιστη θλίψη 5-25MPa -5MPa < MPa 0 Πολύ τραχείες επιφάνειες Ελαφρά τραχείες επιφάνειες Ελαφρά τραχείες επιφάνειες Λείες επιφάνειες με γραμμώσεις ολίσθησης Χωρίς ικανή συνέχεια Άνοιγμα < mm Άνοιγμα < mm Ή Μαλακό υλικό πλήρωσης > 5 mm πάχος Κατάσταση ασυνεχειών Χωρίς άνοιγμα Τοιχώματα με ελαφρό βαθμό αποσάθρωσης Τοιχώματα με υψηλό βαθμό αποσάθρωσης Υλικό πλήρωσης < 5mm πάχος Ή (βλέπε πίνακα E) Υγιή τοιχώματα Ή Συνεχές άνοιγμα > 5 mm Συνεχές άνοιγμα -5 mm Βαθμονόμηση 30 Εισροή ανά 0 m μήκους σήραγγας 5 Υπε δαφι κό νερό Λόγος Πίεση νερού ασυνεχει ών Μεγίστη κύρια τάση Ή = Βαθμονόμηση 20 < 0 lit/min Ή 0 Ή Γενικές συνθήκες 25 Καμία 0-25 lit/min Ή < 0. Ή 0 25-25 lit/ min Ή 0. - 0.2 Ή 0 > 25 Ή 0.2-0.5 Ή > 0.5 Ή Ξηρή κατάσταση Υγρή κατάσταση Πολύ υγρή κατάσταση Ροή στάγδην Ροή συνεχής 5 0 7 4 0 3
B. ΠΡΟΣΑΡΜΟΓΕΣ ΒΑΘΜΟΝΟΜΗΣΗΣ ΜΕ ΒΑΣΗ ΤΟΝ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟ ΤΩΝ ΑΣΥΝΕΧΕΙΩΝ Προσανατολισμός Πολύ Ευνοϊκός Μέτριος διεύθυνσης και κλίσης ευνοϊκός ασυνεχειών Σήραγγες 0-2 -5 Βαθμονομή σεις Δυσμενής Πολύ δυσμενής -0-2 -25 Θεμελιώσεις 0-2 -7-5 Πρανή 0-5 -25-50. ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ ΒΡΑΧΟΜΑΖΑΣ ΠΟΥ ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΤΗΚΑΝ ΑΠΌ ΤΗ ΣΥΝΟΛΙΚΗ ΒΑΘΜΟΝΟΜΗΣΗ Κατηγοριοποίηση 00 8 80 6 60 4 40 2 Κατηγορία I II III IV Περιγραφή βραχομάζας Πολύ καλής Καλής Μέτριας Πτωχής ποιότητας ποιότητας ποιότητας ποιότητας D. ΣΗΜΑΣΙΑ ΤΩΝ ΚΑΤΗΓΟΡΙΩΝ ΤΗΣ ΒΡΑΧΟΜΑΖΑΣ Κατηγορία I II III IV Μέσος χρόνος ευστάθειας 0 χρόνια για 6 μήνες για 8 m εβδομάδα για 0 ώρες για 5 m άνοιγμα άνοιγμα 5 m άνοιγμα 2.5m άνοιγμα Συνοχή βραχομάζας > 400 kpa 300-400 kpa 200-300 kpa 00-200 kpa Γωνία τριβής βραχομάζας > 45 35-45 25-35 5-25 E. ΟΔΗΓΙΕΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΤΩΝ ΠΑΡΑΜΕΤΡΩΝ ΤΩΝ ΑΣΥΝΕΧΕΙΩΝ ΠΟΥ ΛΑΜΒΑΝΟΝΤΑΙ ΥΠΟΨΗ Συνέχεια <m -3m 3-0m 0-20m Βαθμονόμηση 6 4 2 Άνοιγμα Βαθμονόμηση Τραχύτητα Βαθμονόμηση Κανένα 6 Πολύ τραχεία 6 <0.mm 5 Τραχεία 5 0.-.0mm 4 Ελαφρά τραχεία 3-5mm Λεία Κανένα 6 Σκληρό υλικό πλήρωσης <5mm 4 Ελαφρά αποσαθρωμένη επιφάνεια 5 Σκληρό υλικό πλήρωσης >5mm 2 Μέτρια αποσαθρωμέν η επιφάνεια 3 Μαλακό υλικό πλήρωσης <5mm Υλικό πλήρωσης Βαθμονόμηση Αποσάθρωση Βαθμονόμηση Υγιής 6 Ισχυρά αποσαθρωμένη επιφάνεια < 20 V Πολύ πτωχής ποιότητας V 30 λεπτά για m άνοιγμα < 00 kpa < 5 >20m 0 >5mm 0 Λείες επιφάνειες με γραμμώσεις ολίσθησης 0 Μαλακό υλικό πλήρωσης >5mm 0 Πλήρης αποσύνθεση 0 F. ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑ ΤΗΣ ΔΙΕΥΘΥΝΣΗΣ ΚΑΙ ΚΛΙΣΗΣ ΤΩΝ ΑΣΥΝΕΧΕΙΩΝ ΣΤΙΣ ΣΗΡΑΓΓΕΣ Διεύθυνση κάθετη στον άξονα της σήραγγας Διεύθυνση παράλληλη στον άξονα της σήραγγας Διάνοιξη κατά την κλίση 45-90º Διάνοιξη κατά την κλίση 20-45º Κλίση 45-90º Κλίση 20-45º Πολύ ευνοϊκή Ευνοϊκή Πολύ δυσμενής Μέτρια Διάνοιξη αντίθετη με την κλίση κλίση 45-90º Διάνοιξη αντίθετη με την κλίση κλίση 20-45º Κλίση 0-20º ανεξάρτητα της διεύθυνσης Μέτρια Δυσμενής Μέτρια 32
ΧΡΗΣΙΜΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΓΙΑ ΚΑΛΗ ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ Το κυριότερο σύστημα ασυνεχειών ελέγχει την ευστάθεια της εκσκαφής. Ο Bieniawski αναφέρει ότι σε μια σήραγγα, το σύστημα που έχει παράλληλο προσανατολισμό με τον άξονα αυτής αποτελεί το κυρίαρχο. Αν κανένα σύστημα δεν ξεχωρίζει, τότε λαμβάνεται υπόψη η μέση τιμή των βαθμονομήσεων των συστημάτων που έχουν διακριθεί, για την ταξινόμηση της εκάστοτε παραμέτρου. Οι βαθμονομήσεις για την απόσταση των ασυνεχειών σχετίζονται με την παρουσία τουλάχιστον τριών συστημάτων. Αν αυτά είναι λιγότερα από τρία, τότε ο Bieniawski αποδέχεται αύξηση της βαθμονόμησης κατά 30%. Υπάρχουν βοηθητικά διαγράμματα για βαθμονόμηση των παραμέτρων, αντοχής, RQD και απόστασης ασυνεχειών. Χρήσιμα για περιπτώσεις οριακών τιμών των παραμέτρων αυτών αλλά και για την εξάλειψη της εντύπωσης, ότι οι αλλαγές στα όρια της βαθμονόμησης των κατηγοριών τους είναι αυθαίρετες. 33
Βοηθητικά διαγράμματα ταξινόμησης κατά Bieniawski. Το 4o διάγραμμα του υπόψη σχήματος, βασίζεται στα δεδομένα συσχέτισης μεταξύ RQD και απόστασης ασυνεχειών, που προσδιόρισαν οι Priest και Hudson to 976 και χρησιμοποιείται όταν δεδομένα για μια από αυτές τις παραμέτρους ελλείπουν. 34
Η προσαρμογή λόγω προσανατολισμού των ασυνεχειών, διαφέρει για σήραγγες, μεταλλεία, πρανή, θεμελιώσεις, κλπ. Η παράμετρος αυτή δίνεται ποιοτικά ανάλογα με το είδος του έργου. Για πρανή και θεμελιώσεις ο ίδιος προτείνει τη χρήση των οδηγιών του Romana. Romana Σχετικά με την προσαρμογή λόγω προσανατολισμού των ασυνεχειών σε περίπτωση πρανών ορυγμάτων, οι προτάσεις που διατύπωσε ο Romana δίνονται συγκεντρωτικά στον επόμενο Πίνακα. Πρόκειται για μια παραγοντική προσέγγιση με τη μορφή: SMR (RMRslope) = RMRbasic (F x F2 x F3) + F4, F4 όπου F, σχετίζεται με τον παραλληλισμό διεύθυνσης κλίσης πρανούς και διεύθυνσης κλίσης ασυνεχειών, F2, αναφέρεται στη σχέση αστοχίας επιπέδου και μέγιστης κλίσης ασυνεχειών, F3, αξιολογεί τη σχέση μεταξύ της κλίσης του μετώπου του πρανούς και αυτής των κύριων ασυνεχειών, ασυνεχειών και F4, αξιολογεί το είδος του πρανούς (φυσικό ή τεχνητό) σε συνδυασμό με την εκσκαφή (χρήση μηχανικών μέσων, εκρηκτικών, κλπ). 35
ΠΡΟΣΑΡΜΟΓΕΣ ΒΑΘΜΟΝΟΜΗΣΗΣ ΓΙΑ ΑΣΥΝΕΧΕΙΕΣ (ΑΠΟ ROMANA, 985) Περίπτωση P T P/T P P T αj - αs αj - αs 80 F βj F2 F2 P βj - βs T βj + βs P/T F3 P = Αστοχία επιπέδου Πολύ ευνοϊκή Ευνοϊκή Μέτρια Δυσμενής Πολύ δυσμενής >30º 0.5 30º - 20º 0.40 20º - 0º 0.70 0º - 5º 0.85 <5º.00 <20º 0.5 20º - 30º 0.40 30º - 35º 0.70 35º - 45º 0.85 >45º.00 0º - (-0º) -50 < -0º -60 >0º 0º - 0º 0º <0º 0º 20º >20º 0-6 -25 αs = Διεύθυνση κλίσης πρανούς αj = Διεύθυνση κλίσης ασυνέχειας T = Αστοχία ανατροπής βs = Μεγ. κλίση πρανούς βj = Μεγ. κλίση ασυνέχειας ΠΡΟΣΑΡΜΟΓΕΣ ΒΑΘΜΟΝΟΜΗΣΗΣ ΓΙΑ ΜΕΘΟΔΟΥΣ ΕΚΣΚΑΦΗΣ ΠΡΑΝΩΝ Μέθοδος Φυσικά πρανή Πρότμηση Ήπια ανατίναξη Καλή χρήση Κακή χρήση εκρηκτικών εκρηκτικών F4 +5 +0 +8 0-8 III II I SMR = RMR (F x F2 x F3) + F4 ΔΟΚΙΜΑΣΤΙΚΗ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΩΝ ΚΑΤΗΓΟΡΙΩΝ SMR Class No. V IV Βαθμονόμη ση 0-20 2-40 4 60 6-80 8-00 Περιγραφή Πολύ πτωχή Πτωχή Μέτρια Ευστάθεια Πολύ ασταθής Ασταθής Μερικά σταθερή Καλής ποιότητας Σταθερή Πολύ καλής ποιότητας Απόλυτα σταθερή Αστοχίες Μεγάλη μεταθετική ή κυκλική Επανεκσκαφή Μεταθετική ή μεγάλες σφήνες Εκτεταμένη Μερικές ασυνέχειες ή πολλές σφήνες Μερικά τεμάχια βραχομάζας Τοπική Καμία Αντιστήριξη Συστηματική Καμία 36
Έτσι τα φυσικά πρανή έχουν τη μεγαλύτερη βαθμολογία, λόγω του ότι έχουν υποστεί τις μακροχρόνιες επιδράσεις των αποσταθεροποιητικών παραγόντων και έχουν πλέον αποκτήσει καλή ευστάθεια. Ακολουθεί η περίπτωση που σε ένα πρανές έχουν απομακρυνθεί οι επισφαλείς μάζες (πρότμηση), πρότμηση ενώ η περίπτωση της ήπιας ανατίναξης αυξάνει επίσης την ευστάθεια. Η καλή χρήση των εκρηκτικών δεν παίρνει κάποιο βαθμό αφού η χρήση τους βοηθά μεν στη διαμόρφωση ευσταθούς επιφάνειας αλλά χαλαρώνει και τη βραχομάζα. Τέλος, η κακή χρήση των εκρηκτικών μόνο υποβαθμίσεις μπορεί να επιφέρει στην ευστάθεια της διαταραγμένης βραχομάζας. Για τα έργα Πολιτικού μηχανικού οι προσαρμογές που αναφέρθηκαν είναι κατάλληλες. Όμως στην περίπτωση των Μεταλλείων πρέπει να εμπλέκονται και άλλες παράμετροι όπως οι τάσεις στο βάθος της εκάστοτε μεταλλευτικής δραστηριότητας, κλπ. Πολλές μελέτες έχουν γίνει για τον προσδιορισμό των σχετικών τροποποιήσεων (Laubscher, Kendorski et al, Brook Dharmaratne). Στο επόμενο Σχήμα, δίνεται η απεικόνιση των προσαρμογών για χρήση του RMR σε μεταλλεία, κατά Bieniawski, 989. 37
Προσαρμογές του RMR για εφαρμογή του σε μεταλλεία. 38
Αν σε συγκεκριμένη θέση του έργου συναντηθούν ποικίλες γεωλογικές συνθήκες, που οδηγούν π.χ. σε καλής ποιότητας και κακής ποιότητας βραχομάζα, τότε είναι σημαντικό να καθοριστεί η πλέον κρίσιμη κατάσταση, όπου συγκεκριμένα γεωλογικά τεκτονικά χαρακτηριστικά (π.χ. μια ρηξιγενής ζώνη), έχουν έντονη επίδραση στη διαμόρφωση των συνθηκών ευστάθειας. ευστάθειας Υπάρχουν διαγράμματα που βοηθούν στον προσδιορισμό του χρόνου ευστάθειας ανυποστήρικτου τμήματος σε σήραγγα. σήραγγα Με τη γνώση του RMR και του σχετικού χρόνου ευστάθειας μπορεί να προσδιοριστεί το ανυποστήρικτο τμήμα για την περίπτωση της διάνοιξης με συμβατικές μεθόδους. Ο Lauffer to 988 παρουσίασε ένα σχετικά αναθεωρημένο διάγραμμα που αναφέρεται στο χρόνο ευστάθειας ανυποστήρικτου τμήματος σε περίπτωση διάνοιξης σηράγγων με μηχάνημα ολομέτωπης κοπής, TBM. 39
Από τη σύγκριση των δύο διαγραμμάτων φαίνεται η μετατόπιση των ορίων των κατηγοριών της βραχομάζας και συνεπώς είναι εμφανείς οι προσαρμογές του RMR για την περίπτωση αυτή. Τονίζεται εδώ ότι σε όλες τις περιπτώσεις χρήσης του RMR πρέπει να χρησιμοποιείται η ακριβής τιμή που έχει προσδιοριστεί και όχι η κατηγορία στην οποία εντάσσεται αυτή η τιμή και η οποία έχει μεγάλο εύρος. Συσχέτιση (α) του διαγράμματος του χρόνου ευστάθειας κατά RMR και (β) του σχετικού (αναθεωρημένου) για μηχάνημα διάνοιξης σηράγγων (TBM). 40
Στον Πίνακα, δίνεται υπόδειγμα καταγραφής των παραμέτρων που εμπλέκονται στην ταξινόμηση και σε αυτόν που ακολουθεί του πρώτου συγκεντρωτικά παραδείγματα τελικής βαθμολόγησης και χαρακτηρισμού της βραχομάζας (συναγόμενοι παράμετροι διατμητικής αντοχής - χρόνος ευστάθειας). Η γεωμηχανική ταξινόμηση, τελικά καταλήγει σε συστάσεις για την καλύτερη επιλογή μέσων ενίσχυσης και αντιστήριξης των σηράγγων. Οι συστάσεις αυτές εξαρτώνται από μια σειρά παραγόντων, όπως το βάθος εκσκαφής, το μέγεθος και το σχήμα της σήραγγας, τη μέθοδο εκσκαφής κλπ. Έντυπο γεωμηχανικής ταξινόμησης βραχομάζας, κατά Bieniawski (RMR). Α. Παράμετροι ταξινόμησης και βαθμονόμηση τους Αντοχή Συμπαγούς Πετρώματος (MPa) Ποιότητα Πυρήνα (RQD %) Απόσταση μεταξύ Ασυνεχειών (mm) Κατάσταση διακλάσεων Υπόγειο Νερό Β. Προσαρμογή με βάση τον προσανατολισμό των διακλάσεων Διεύθυνση και Κλίση Διακλάσεων (για Πρανή) Γ. Ταξινόμηση βραχομάζας και βαθμολογία της Κατηγορία Χαρακτηρισμός Βαθμολογία Δ. Τεχνική Σημασία Ταξινόμησης Κατηγορία Συνοχή Βραχομάζας (kpa) Γωνία Τριβής Βραχομάζας 4
Παράδειγμα συγκεντρωτικών αποτελεσμάτων Γεωμηχανικής Ταξινόμησης κατά Bieniawski. ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΜΟΣΣΥΝΑΓΟΜΕΝΕΣ ΘΕΣΗ ΒΑΘΜΟΛΟΓΗΣΗΚΑΤΗΓΟΡΙΑΒΡΑΧΟΜΑΖΑΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ ΣΥΝΟΧΗΣ C, KPA Φ 40 IV 2 47 III 3 36 IV 4 6 II Κακής Ποιότητας 5-25 Πέτρωμα (Poor Rock) Μέτριο Ποιοτικά 25-35 Πέτρωμα (Fair Rock) Κακής Ποιότητας 5-25 Πέτρωμα (Poor Rock) Καλής Ποιότητας 35-45 Πέτρωμα (Good Rock) 00-200 200-300 00-200 300-400 ΣΥΝΑΓΟΜΕΝΟΣ ΜΕΣΟΣ ΟΡΟΣ ΕΥΣΤΑΘΕΙΑΣ (ΓΙΑ ΠΙΘΑΝΕΣ ΘΕΣΕΙΣ ΣΗΡΑΓΓΩΝ) 5 ώρες για 5m ανυποστήρικτο τμήμα 3.5 μέρες για 5m ανυποστήρικτο τμήμα 6 ώρες για 5m ανυποστήρικτο τμήμα 4 μήνες για 5m ανυποστήρικτο τμήμα 42
Οδηγίες για εκσκαφή και υποστήριξη σήραγγας σε βραχώδεις σχηματισμούς ανοίγματος 0m σύμφωνα με το σύστημα ταξινόμησης RMR. Κατηγορία βραχομάζας Μέθοδος εκσκαφής Ηλώσεις (Διάμετρος 20mm πλήρης ενεμάτωση) Ι- Πολύ καλής ποιότητας βραχομάζα RMR: 8-00 Ολομέτωπη (Fullface), με 3m προχώρηση Γενικά δεν χρειάζεται υποστήριξη παρά μόνο μερικές ηλώσεις τοπικά. Ολομέτωπη (Fullface), με -.5m προχώρηση. Πλήρης υποστήριξη 20m από το μέτωπο. Ηλώσεις τοπικά στο θόλο,3m μήκους και ανά 2.5m, με χρήση πλέγματος κατά θέσεις. II - Καλής ποιότητας βραχομάζα RMR: 6-80 III Μέτρια ποιοτικά βραχομάζα RMR: 4-60 IV Πτωχή ποιοτικά βραχομάζα RMR: 2-40 Τμηματική διάνοιξη (Top heading and bench), με.5-3m προχώρηση στην άνω ημιδιατομή. Έναρξη υποστήριξης μετά από κάθε έκρηξη και πλήρης υποστήριξη 0m από το μέτωπο. Τμηματική διάνοιξη (Top heading and bench) με.0-.5m προχώρηση στην άνω ημιδιατομή. Εγκατάσταση υποστήριξης ταυτόχρονα με την εκσκαφή, 0m από το μέτωπο. Συστηματικές ηλώσεις 4m μήκους, ανά.5-2 m στο θόλο και στις παρειές, καθώς και χρήση πλέγματος στο θόλο. Συστηματικές ηλώσεις 4-5m μήκους, ανά -.5m στο θόλο και στις παρειές με πλέγμα. Εκτοξευόμενο σκυρόδεμα Μεταλλικά στοιχεία 50mm σε θέσεις του θόλου που απαιτείται. Κανένα 50-00mm στο θόλο και 30mm στις παρειές. Κανένα. 00-50mm στο θόλο και 00mm στις παρειές. Ελαφρά έως μεσαία πλαίσια ανά.5m όπου απαιτείται. 43