Γεωλογικά και Γεωτεχνικά Προβλήματα κατά την Κατασκευή του Πρώτου Υπόγειου Χώρου Αποθήκευσης Επικίνδυνων Αποβλήτων στην Ελλάδα

Γεωλογικά και Γεωτεχνικά Προβλήματα κατά την Κατασκευή του Πρώτου Υπόγειου Χώρου Αποθήκευσης Επικίνδυνων Αποβλήτων στην Ελλάδα Geological and Geotechnical Problems during the Construction of the First Underground Hazardous Waste Repository in Greece ΜΠΕΝΑΡΔΟΣ, Α. Δρ. Μηχανικός Μεταλλείων - Μεταλλουργός, Λέκτορας, Ε.Μ.Π. ΒΑΝΤΟΛΑΣ, Β. Πολιτικός Μηχανικός, ΠΑΝΓΑΙΑ Σύμβουλοι Μηχανικοί Ε.Π.Ε. ΤΣΑΤΣΑΝΙΦΟΣ, Χ. Δρ. Πολιτικός Μηχανικός, ΠΑΝΓΑΙΑ Σύμβουλοι Μηχανικοί Ε.Π.Ε. ΨΑΡΡΟΠΟΥΛΟΣ, Π. Δρ. Πολιτικός Μηχανικός, Δ/νση Τεχνικών Υπηρεσιών Ε.Μ.Π. ΠΑΝΑΓΙΩΤΟΥ, Μ. Πολιτικός Μηχανικός, Δ/νση Τεχνικών Υπηρεσιών Ε.Μ.Π. ΚΑΛΙΑΜΠΑΚΟΣ, Δ. Δρ. Μηχανικός Μεταλλείων - Μεταλλουργός, Καθηγητής, Ε.Μ.Π. ΠΕΡΙΛΗΨΗ : Το άρθρο παρουσιάζει τα βασικά ζητήματα σχεδιασμού και κατασκευής του υπόγειου χώρου αποθήκευσης επικίνδυνων αποβλήτων στο χώρο του Τεχνολογικού Πολιτιστικού Πάρκου Λαυρίου. Παρουσιάζονται τα γεωλογικά / γεωτεχνικά δεδομένα του έργου καθώς και οι σχεδιαστικές επιλογές που πραγματοποιήθηκαν, ενώ περιγράφονται τα προβλήματα που συναντήθηκαν κατά την κατασκευαστική περίοδο, λόγω της μεταβαλλόμενης γεωλογίας στη θέση κατασκευής. Τέλος, εξετάζονται οι διαθέσιμες εναλλακτικές λύσεις, αλλά και τα μέτρα που τελικά εφαρμόστηκαν για την βέλτιστη αντιμετώπιση των γεωλογικών / γεωτεχνικών προβλημάτων. ABSTRACT : The paper presents the principal design parameters, as well as the construction of the underground hazardous waste repository at the site of the Lavrion Technological and Cultural Park. The geological and geotechnical data of the project are presented, followed by the analysis of the initial design parameters. The paper also focuses on the problems encountered during the construction period, due to the site s variable geological conditions. Finally, the available alternatives and the measures that were finally adopted to mitigate the geological / geotechnical problems and to ensure the underground complex s structural stability are analysed. 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η αξιοποίηση του υπόγειου χώρου για τη δημιουργία βασικών υποδομών μπορεί να προσφέρει ρεαλιστικές και βιώσιμες λύσεις στην αντιμετώπιση προβλημάτων. Υπό αυτό το πρίσμα, ένα υπόγειο έργο, πρωτοποριακό για τα Ελληνικά αλλά και διεθνή δεδομένα, είναι ο υπόγειος χώρος διάθεσης επικίνδυνων αποβλήτων, ο οποίος κατασκευάστηκε πρόσφατα στο χώρο του Τεχνολογικού και Πολιτιστικού Πάρκου Λαυρίου (Τ.Π.Π.Λ.). Η κατασκευή του πραγματοποιήθηκε εντός του ασβεστολιθικού σχηματισμού του «Ανωτέρου Μαρμάρου» και βασίστηκε στις αρχές της μεταλλευτικής μεθόδου των θαλάμων και στύλων (room-and-pillar). Η υλοποίηση του συγκεκριμένου έργου εντάσσεται στο συνολικότερο σχεδιασμό που στοχεύει στην περιβαλλοντική εξυγίανση του χώρου του Τ.Π.Π.Λ (Benardos et al., 2006). Στόχος του έργου είναι η δημιουργία ενός υπόγειου χώρου για την ασφαλή αποθήκευση επικίνδυνων αποβλήτων, τα οποία, για τεχνικούς και περιβαλλοντικούς λόγους, κρίθηκε σκόπιμο να μην αναμειχθούν με τα ρυπασμένα εδάφη που τοποθετήθηκαν στον επιφανειακό χώρο υγειονομικής ταφής ρυπασμένων εδαφών (ΧΥΤΡΕ) που επίσης κατασκευάστηκε στο Πάρκο. Τα απόβλητα αυτά, κυρίως αρσενικούχες ενώσεις με ιδιαίτερα υψηλές συγκεντρώσεις, προέρχονται από τη μεταλλευτική / μεταλλουργική δραστηριότητα που αναπτύχθηκε στο παρελθόν στο χώρο του Τ.Π.Π.Λ. και κυρίως εντοπίζονται εντός του κτηρίου «Κονοφάγου» (Kaliampakos et al., 2009). Στο παρόν άρθρο γίνεται η παρουσίαση του έργου και περιγράφονται οι γεωλογικές και γεωτεχνικές συνθήκες που επικρατούν στην 6ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, 29/09 1/10 2010, Βόλος 1

44 43 42 41 39 38 37 36 περιοχή κατασκευής. Επίσης, γίνεται η ανάλυση των παραμέτρων χωροθέτησης και σχεδιασμού του σε σχέση με τις ειδικές απαιτήσεις του. Ιδιαίτερη σημασία δίδεται στην αντιπαραβολή των αρχικών στοιχείων του γεωτρητικού προγράμματος διερεύνησης σε σχέση με τις πραγματικές συνθήκες που συναντήθηκαν κατά το στάδιο κατασκευής του έργου. Πιο συγκεκριμένα, παρουσιάζονται τα προβλήματα που παρουσιάστηκαν κατά την εμφάνιση σχηματισμών γραφιτικού σχιστολίθου σε τμήμα του υπογείου χώρου και δίνονται οι εναλλακτικές λύσεις που προτάθηκαν και τελικά εφαρμόστηκαν για τη βέλτιστη αντιμετώπιση των γεωτεχνικών προβλημάτων. 2. ΓΕΝΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΓΙΑ ΤΟΝ ΥΠΟΓΕΙΟ ΧΩΡΟ Το έργο έχει κατασκευαστεί στο βορειοδυτικό τμήμα του Τ.Π.Π.Λ., εντός της λοφώδους δομής που αναπτύσσεται εκεί με μέγιστο απόλυτο υψόμετρο που φτάνει τα +54 m. Το έργο έχει κατασκευαστεί εντός του σχηματισμού του Ανώτερου Μαρμάρου, με δάπεδο που αναπτύσσεται στο επίπεδο των +12 m και με μέγιστο ύψος που φτάνει τα 5,5 m. Το ύψος των υπερκειμένων κυμαίνεται από 20 m έως 35 m περίπου. Ο υπόγειος χώρος έχει διαστάσεις 75 m x 33 m, καταλαμβάνοντας μια συνολική έκταση 2.475 m 2. Η εκσκαφή του πετρώματος έγινε με τη δημιουργία παράλληλων και κάθετων στοών (θαλάμων), οι άξονες των οποίων ισαπέχουν μεταξύ τους, δημιουργώντας με τον τρόπο αυτό τους στύλους του πετρώματος. Έχουν δημιουργηθεί στύλοι τετραγωνικής διατομής με πλάτος W P =7 m και θάλαμοι με πλάτος W R =7 m επίσης (ΠΑΝΓΑΙΑ, 2007). Οι στύλοι δομούνται σε δύο σειρές, ενώ οι αποστάσεις τους από τις παρειές του χώρου (περιμετρικοί θάλαμοι) είναι 6 m (Σχήμα 1α). Με βάση τα παραπάνω γεωμετρικά χαρακτηριστικά, το ωφέλιμο εμβαδόν του υπόγειου έργου είναι 1.900 m 2 περίπου. Καθώς ο ασβεστολιθικός σχηματισμός είναι διαπερατός, η υδραυλική απομόνωση των αποβλήτων εξαρτάται από την δημιουργία τεχνητών φραγμών (engineering barriers). Αυτά συνίστανται στην εισαγωγή ειδικών προσμίκτων στο εκτοξευόμενο σκυρόδεμα για την μείωση της υδροπερατότητάς του, την κατασκευή αδιαπέρατου βιομηχανικού δαπέδου, καθώς επίσης και τη χρήση ειδικών δοχείων (drums) για την αποθήκευση των επικίνδυνων αποβλήτων. Επίσης, έχει τοποθετηθεί σύστημα συλλογής και επεξεργασίας των αποβλήτων, σε περίπτωση που υπάρξει εισροή υδάτων και ανάμιξή τους με τα απόβλητα. Η πρόσβαση στο χώρο αποθήκευσης γίνεται μέσω δύο έργων προσπέλασης, μιας σήραγγας και ενός φρέατος (Σχήμα 1β). Η σήραγγα έχει μήκος περί τα 175 m. Ξεκινάει από τα βορειοανατολικά, από το υψόμετρο των +34 m, και με κλίση περίπου 11% φτάνει στο νοτιοανατολικό τμήμα του υπόγειου χώρου στο επίπεδο των +12 m. Η σήραγγα προσπέλασης έχει πεταλοειδή διατομή, ελευθέρου ύψους 5,5 m και ανοίγματος 4,5 m. Το φρέαρ, βάθους 30 m, έχει ορυχθεί πλησίον της δυτικής παρειάς του έργου. Η διατομή του είναι ορθογωνική, με διαστάσεις 5,0 m x 5,6 m. Σήραγγα προσπέλασης Φρέαρ Υπόγειος χώρος αποθήκευσης 0+400 0+537.45 (α) 0+500 (β) Σχήμα 1. (α). Βασικά γεωμετρικά χαρακτηριστικά του υπόγειου θαλάμου, (β) Γενική άποψη του υπόγειου έργου αποθήκευσης στο Τ.Π.Π.Λ. Figure 1. (a) Geometric characteristics of the underground storage complex, (b) General layout of the LTCP underground repository. 6ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, 29/09 1/10 2010, Βόλος 2

3. ΓΕΩΛΟΓΙΚΑ ΓΕΩΤΕΧΝΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ 3.1 Γεωλογία Υδρογεωλογία περιοχής Στην περιοχή της Λαυρεωτικής υπάρχουν δύο γεωτεκτονικές ενότητες, το αυτόχθονο μεταμορφωμένο σύστημα, που αποτελεί τη σειρά Υμηττού Νότιας Αττικής και οι σχηματισμοί που αποτελούν το φυλλιτικό τεκτονικό κάλυμμα. Στην περιοχή του Τ.Π.Π.Λ. εμφανίζονται γεωλογικοί σχηματισμοί και των δύο λιθοστρωματογραφικών τεκτονικών ενοτήτων (ΕΤΓΥ, 1999). Πιο συγκεκριμένα, οι σχηματισμοί που απαντώνται, από τους παλαιότερους προς τους νεώτερους, είναι: Αυτόχθονο Σύστημα: Εμφανίζεται μόνο ο σχηματισμός του Ανωτέρου Μαρμάρου με μικρή επιφανειακή εξάπλωση, αλλά εκτεταμένη υπόγεια ανάπτυξη. Πρόκειται για μάρμαρα λεπτο έως μεσοστρωματώδη, χρώματος τεφρού και σπάνια λευκού. Το ανώτερο μάρμαρο εμφανίζεται σε δύο διαχωρισμένους ορίζοντες. Ο ανώτερος είναι χρώματος τεφρού, με διακλάσεις, είτε πληρωμένες με αργιλικό υλικό είτε ελεύθερες, και λεπτές ζώνες μεταλλοφορίας. Ο κατώτερος ορίζοντας είναι μάρμαρο ροζ - υπόλευκου χρώματος, συνήθως συμπαγές ή με περιορισμένο αριθμό διακλάσεων, με μικρές ζώνες μεταλλοφορίας και καρστικοποίησης. Νεοελληνικό Τεκτονικό Κάλυμμα: Οι σχηματισμοί του νεοελληνικού τεκτονικού καλύμματος επικρατούν στους λόφους που περιβάλλουν τις εγκαταστάσεις του Τ.Π.Π.Λ. Αποτελούνται από κρυσταλλικούς ασβεστολίθους, εντός των οποίων κατά θέσεις εμφανίζονται σχιστολιθικές και χαλαζιτικές ενστρώσεις. Στον βορειοδυτικό λόφο του Πάρκου, στη θέση κατασκευής του έργου, είναι άστρωτοι, τοφφώδεις, αγκεριτιωμένοι. Τεταρτογενείς Προσχωματικές Αποθέσεις: Οι αποθέσεις αυτές χαρακτηρίζονται από ποικίλη λιθολογική και κοκκομετρική σύσταση και, ανάλογα με τη θέση ανάπτυξής τους, επικρατούν τα αδρομερή ή τα λεπτομερή υλικά. Η στάθμη της καρστικής υδροφορίας εντοπίζεται στο υψόμετρο +2,5 m έως +3,0 m, ενώ δεν αναμένεται σημαντική άνοδος της στάθμης τις χειμερινές περιόδους. Ο υδροφορέας που υπάρχει στην περιοχή έχει άμεση υδραυλική επαφή με τη θάλασσα κατά μήκος της ακτογραμμής και η πιεζομετρική του επιφάνεια εμφανίζει απόλυτα υψόμετρα που κυμαίνονται από +0 m έως +1,6 m πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας (ΕΤΓΥ, 1999). 3.2 Γεωτεχνικά στοιχεία Για την εκτίμηση των γεωτεχνικών συνθηκών της περιοχής του έργου πραγματοποιήθηκαν οκτώ συνολικά γεωτρήσεις (ΠΑΝΓΑΙΑ, 2007). Σύμφωνα με τα στοιχεία που προέκυψαν, ο σχηματισμός του «Ανώτερου Μαρμάρου» μέσα στον οποίο κατασκευάστηκε ο υπόγειος χώρος, εμφανίζεται να είναι ανοικτότεφρου χρώματος, κατά θέσεις οξειδωμένος και με μικροκάρστ. Οι ασυνέχειες είναι μέτρια τραχείες έως λείες, πληρωμένες κατά θέσεις με ασβεστίτη και βρίσκονται με κλίση από 0 ο έως 90 ο, με πυκνότητα που κυμαίνεται εν γένει από 2 8 ανά μέτρο. Ο βαθμός κερματισμού του σχηματισμού είναι ΙΙ IΙΙ, ενώ ο βαθμός αποσάθρωσής του είναι Ι ΙIΙ. Η αντοχή του σχηματισμού του «Ανώτερου Μαρμάρου» σε μονοαξονική θλίψη (σ ci ) λαμβάνει τιμές που κυμαίνονται από 39 έως 116 MPa (Σχήμα 2), με μέση τιμή 71 MPa. 35% 30% 25% 20% 15% 10% 5% 0% 6% 12% 8% 18% 31% 19% < 40 40 50 50 60 60 70 70 80 80 90 90 100 > 100 Ανώτερο Μάρμαρο UCS (MPa) Σχήμα 2. Ιστόγραμμα κατανομής της αντοχής σε μονοαξονική θλίψη του σχηματισμού του «Ανωτέρου μαρμάρου». Figure 2. Histogram of the Unconfined Compressive Strength of the Upper Marble geological formation. Για τον ασβεστόλιθο του τεκτονικού καλύμματος, η μέση τιμή της αντοχής είναι 61 MPa (38 81 MPa), για το γραφιτικό σχιστόλιθο 41 MPa (36 70 MPa), για το υλικό τεκτονικής επαφής 42 ΜPa (17 67 MPa) και για το σχηματισμό πρασινοσχιστόλιθου φυλλίτη 42 MPa (8 80 MPa). Τέλος, οι μετρήσεις του μέτρος ελαστικότητας (Ε) των δοκιμίων δίνουν για τον ασβεστόλιθο Ανωτέρου Μαρμάρου 12,4 GPa (6,8 17,3 GPa), για τον ασβεστόλιθο τεκτονικού καλύμματος 11,3 GPa (7,2 14,5 GPa), για το γραφιτικό σχιστόλιθο 6,7 GPa (5,6 7,6 GPa), για το υλικό τεκτονικής επαφής 9,1 GPa (4,2 13,6 GPa) και για τον πρασινοσχιστόλιθο φυλλίτη 7,4 GPa (1,9 13,0 GPa). Επιπλέον, 0% 7% 6ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, 29/09 1/10 2010, Βόλος 3

σύμφωνα με επί τόπου δοκιμές πρεσσιομέτρου και ντιλατομέτρου για τον προσδιορισμό του μέτρου ελαστικότητας της βραχόμαζας (Ε m ), υπολογίστηκε ότι το E m, για την ασβεστολιθική βραχόμαζα κυμαίνεται από 9 GPa έως 20 GPa, για την τεκτονική επαφή (εναλλαγή σχιστολίθου ασβεστολίθου) κυμαίνεται από 0,8 GPa έως 2 GPa, και για το γραφιτικό σχιστόλιθο κυμαίνεται περί τα 200 ΜPa. Η γεωτεχνική ταξινόμηση της βραχόμαζας κατά RMR, για τον ασβεστολιθικό σχηματισμό, δίνει τιμές που κυμαίνονται από 53 έως 67 περίπου. Αυτό σημαίνει ότι η βραχόμαζα χαρακτηρίζεται από μέτρια έως καλή ποιότητα. Αντίστοιχα, οι τιμές του σχηματισμού κατά GSI κυμαίνονται από 50 έως 60. Για το σχηματισμό της τεκτονικής επαφής οι τιμές του RMR κυμαίνονται από 35 49 και του GSI από 33 45, ενώ για το γραφιτικό σχιστόλιθο η ταξινόμηση της βραχόμαζας κατά RMR δίνει τιμές από 35 45 και κατά GSI από 30 40 (Σχήμα 3). εμφανίζεται εκεί. Η συγκεκριμένη θέση εμφανίζει ορισμένα πλεονεκτήματα που σχετίζονται τόσο με την ευστάθεια της εκσκαφής όσο και με την επίτευξη αυξημένων συνθηκών απομόνωσης του χώρου από τα υπόγεια ύδατα. Πιο συγκεκριμένα, στους ανώτερους ορίζοντες εμφανίζεται η γεωλογική δομή του τεκτονικού καλύμματος. Αυτή, δομείται από σχηματισμούς χαμηλής αντοχής όπως, φυλλίτες, πρασινοσχιστόλιθους, γραφιτικούς σχιστόλιθους, κ.α, οι οποίοι όμως εμφανίζουν μικρή υδροπερατότητα. Επιτυγχάνεται έτσι μειωμένη έκθεση του υπόγειου χώρου σε υπόγεια ύδατα, τα οποία κατεισδύουν μέσω της ακόρεστης ζώνης. Στα βαθύτερα στρώματα εμφανίζεται ο ασβεστολιθικός σχηματισμός του «Ανώτερου Μαρμάρου», ο οποίος έχει ικανοποιητικές γεωμηχανικές ιδιότητες, γεγονός που εξυπηρετεί την ευχερή δημιουργία υπόγειων εκσκαφών. Το έργο τοποθετήθηκε μεταξύ των επιπέδων +12 και +17,5 m, αρκετά υψηλότερα της στάθμης του υδροφόρου ορίζοντα (+3,0 m περίπου) και χαμηλότερα της οροφής του σχηματισμού του «Ανώτερου Μαρμάρου», η οποία, στο μεγαλύτερο τμήμα του έργου, βρίσκεται στο επίπεδο των +20 έως +22 m. 4.2 Σχεδιασμός υπόγειου χώρου Ο σχεδιασμός των στύλων γίνεται με τη θεωρία της συνεισφέρουσας επιφάνειας (tributary area theory). Σύμφωνα με αυτή, η μέση ορθή τάση που δέχονται οι στύλοι είναι συνάρτηση της τάσης των υπερκειμένων και των γεωμετρικών χαρακτηριστικών των θαλάμων και των στύλων. Στην περίπτωση των τετραγωνικών στύλων η τάση σε αυτούς δίνεται από την εξίσωση: Σχήμα 3. Εκτίμηση του GSI για τους σχηματισμούς του ασβεστόλιθου, του γραφιτικού σχιστόλιθου και του υλικού τεκτονικής επαφής. Figure 3. GSI estimation for the limestone, the graphic schist and the tectonic contact formation rockmass. 4. ΒΑΣΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΥ 4.1 Κατασκευαστικές επιλογές Όπως προαναφέρθηκε, η θέση κατασκευής του έργου βρίσκεται στα βορειοδυτικά όρια του Τ.Π.Π.Λ., κάτω από λοφώδη δομή που σ p =γh(1+w R /W P ) 2 (1) όπου, γ είναι το ειδικό βάρος των υπερκειμένων (kn/m 3 ), h είναι το ύψος υπερκειμένων (m), W R είναι το πλάτος των θαλάμων (m) και W P είναι το πλάτος των στύλων (m). Για τον υπολογισμό της αντοχής του στύλου σε θλίψη (C p ) έχουν διατυπωθεί αρκετές εμπειρικές σχέσεις. Στην περίπτωση του υπογείου έργου, για W P =7 m και W R =7, οι συντελεστές ασφαλείας που προκύπτουν σύμφωνα με τους τύπους αντοχής των στύλων όπως προτείνονται από τους Obert and Duval (1967) και τους Salamon and Munro (1967) 6ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, 29/09 1/10 2010, Βόλος 4

είναι αρκούντως ικανοποιητικοί, δίνοντας τιμές μεταξύ 7,3 και 10,1. Η υποστήριξη της οροφής του υπογείου χώρου έγινε με τη χρήση κοχλιών Swellex 200 kn, μήκους 3,5 m σε κάνναβο 1,4 m x 1,4 m, παράλληλα με την εφαρμογή εκτοξευόμενου σκυροδέματος συνολικού πάχους 25 cm σε δύο φάσεις. Η πρώτη, περιελάμβανε στρώση 10 cm ινοπλισμένου (με περιεκτικότητα ινών 30 kg/m 3 ) εκτοξευόμενου σκυροδέματος, ενώ η δεύτερη, τελική, στρώση αποτελούνταν από εκτοξευόμενο σκυρόδεμα πάχους 15 cm, μαζί με μεταλλικό πλέγμα (Σχήμα 4). Όλες οι στρώσεις του εκτοξευόμενου σκυροδέματος περιείχαν ειδικά πρόσμικτα (πυριτική παιπάλη τύπου ELKEM Microsilica 920D σε αναλογία 6% κ.β.) για τη στεγανοποίηση του χώρου, σύμφωνα με τις απαιτούμενες προδιαγραφές (συντ. υδροπερατότητας 10-9 m/s). Στις παρειές του χώρου, καθώς και στους στύλους, δεν πραγματοποιήθηκαν κοχλιώσεις. σε 3 mm. Επομένως, το ζήτημα ύπαρξης πιθανών προβλημάτων και αστοχιών ανάγεται περισσότερο σε θέματα ολισθήσεων ή αποκολλήσεων τεμαχίων πετρώματος υπό τη μορφής σφήνας. Πίνακας 1. Τιμές των παραμέτρων Hoeκ Brown για τους σχηματισμούς Table 1. Hoek Brown failure criteria parameters. Σχηματισμός s ci (MPa) m i m b s Ασβεστόλιθος Ανώτερου 70 9 1,804 0,0067 Μαρμάρου Τεκτονική Επαφή 30 9 0,739 0,0004 Γραφιτικός σχιστόλιθος 20 6 0,345 0,0001 Αγκύρια τύπου Swellex μήκους 3.5 m σε κάνναβο 1.4 x 1.4 m Εκτοξευόμενο σκυρόδεμα 25 cm 1η στρώση 10 cm ινοπλ. εκτ. σκυροδ. 2η στρώση 15 cm εκτ. σκυρ. με πλέγμα Σκυρόδεμα δαπέδου 20 cm Βιομηχανικό δάπεδο Σχήμα 4. Σκαρίφημα των μέτρων υποστήριξης των υπογείων θαλάμων. Figure 4. Sketch of the support measures installed in the underground excavation. Πιο λεπτομερής ανάλυση έγινε με τη μέθοδο πεπερασμένων στοιχείων με τη χρήση του λογισμικού Phase2, όπου χρησιμοποιήθηκαν μοντέλα σύμφωνα με το κριτήριο αστοχίας Hoek Brown. Οι τιμές των παραμέτρων για τους σχηματισμούς, που εισήχθησαν στο λογισμικό προσομοίωσης, δίνονται στον Πίνακα 1. Τα αποτελέσματα των αναλύσεων επιβεβαίωσαν την καλή συμπεριφορά των στύλων. O συντελεστής αντοχής τους (strength factor) λαμβάνει τιμές που κυμαίνεται από 1,3 στις παρειές έως και 2,6 στο κεντρικό τμήμα (πυρήνα) του στύλου (Σχήμα 5). Επιπλέον, δεν εμφανίστηκαν ιδιαίτερα σημεία αστοχίας στην οροφή των υπογείων θαλάμων, με τις κατακόρυφες μετατοπίσεις να υπολογίζονται Σχήμα 5. Εκτιμώμενος συντελεστής αντοχής πετρώματος σε στύλο πετρώματος του έργου. Figure 5. Estimated strength factor in pillar of the underground excavation. 5. ΓΕΩΛΟΓΙΚΑ ΓΕΩΤΕΧΝΙΚΑ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ Κατά το στάδιο ολοκλήρωσης της σήραγγας προσπέλασης, παρατηρήθηκε μια σημαντική επιδείνωση της ποιότητας του ασβεστολιθικού πετρώματος. Μάλιστα, στη θέση συναρμογής της με τον υπόγειο θάλαμο του συγκροτήματος, συναντήθηκε ρήγμα με διεύθυνση περίπου Α-Δ, με αποτέλεσμα τη δημιουργία σημαντικής υπερεκσκαφής. Σταδιακά αποκαλύφθηκε διείσδυση του στρώματος του γραφιτικού σχιστόλιθου στο επίπεδο κατασκευής του έργου, και πιο συγκεκριμένα στη στέψη και σε μικρό τμήμα της παρειάς του θαλάμου (επίπεδο +16,5 m έως +17,0 m περίπου). Η προβληματική ζώνη εκτείνονταν ΒΒΑ της περιοχής εισόδου (Σχήμα 6), σε μια έκταση 25 m, η οποία σταδιακά αποσφηνώνεται, όπως χαρακτηριστικά παρατηρείται στο Σχήμα 7, όπου δίνονται οι γεωλογικές χαρτογραφήσεις του μετώπου. 6ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, 29/09 1/10 2010, Βόλος 5

Γ 75 B 75 A 75 Ι Θ Η I33 Θ33 Η33 Ζ33 Ε33 Δ33 I 0 Θ 0 Η 0 Ζ 0 Ε 0 Δ 0 Σχήμα 6. Σκαρίφημα κάτοψης του υπογείου χώρου και εντοπισμός της προβληματικής περιοχής. Figure 6. Sketch of the underground facility and location of the problematic area. Χ.Θ. Ε0 Χ.Θ. Ε21 Χ.Θ. Ε24 Καστανή άργιλος και χάλικες Πρασινοσχιστόλιθος - Φυλλίτης με ενδιαστρώσεις ασβεστόλιθου τεκτ. καλύμματος Γραφιτικός σχιστόλιθος με χαλαζία του τεκτονικού καλύμματος Εναλλαγές σχιστολίθου - ασβεστολίθου Ασβεστόλιθος - Ανώτερο Μάρμαρο Ασβεστόλιθος διατμημένος με ενδιαστρώσεις αργίλου Εφίπευση τεκτονικού καλύμματος στο Ανώτερο Μάρμαρο Σχήμα 7. Γεωλογικές χαρτογραφήσεις του μετώπου εκσκαφής στις θέσεις Ε0, Ε21 και Ε24. Figure 7. Geological mapping of the tunnel face in sections Ε0, Ε21 and Ε24. Ζ Ε 10 8 6 4 2 9 7 Περιοχή εμφάνισης προβλημάτων 5 3 1 Δ Γ 0 A Β Γ B 0 A 0 Με βάση τη γεωτεχνική ταξινόμηση κατά GSI, οι τιμές των σχηματισμών στις συγκεκριμένες θέσεις (Ε0, Ε21 και Ε24) ήταν: GSI ασβ =62 68, GSI τεκτ.επαφ =52 57 και GSI γραφ.σχιστ. =25 32. Η εμφάνιση του στρώματος του γραφιτικού σχιστόλιθου σε χαμηλότερα επίπεδα από τα αναμενόμενα, δημιούργησε ένα σοβαρό προβληματισμό για την ευστάθεια των στύλων του υπόγειου συγκροτήματος. Αν και οι συντελεστές ασφαλείας σχεδιασμού τους ήταν αρκετά υψηλοί, η ύπαρξη διαφορετικών λιθολογικών και γεωτεχνικών σχηματισμών θα είχε ως αποτέλεσμα τη μείωση της φέρουσας ικανότητας των στύλων (Iannacchione, 1999). Ακόμα, η πιθανή ύπαρξη επιπέδου αδυναμίας στη μάζα τους, στη διεπιφάνεια επαφής μεταξύ των σχηματισμών, θα επιδρούσε αρνητικά στην ευστάθειά τους. Η εμφάνιση του γραφιτικού σχιστολίθου στην οροφή του χώρου είχε ως αποτέλεσμα την εμφάνιση αστοχιών μικρής κλίμακας, οι οποίες εκδηλώθηκαν κυρίως με καταπτώσεις οροφής και δημιουργίας υπερεκσκαφών. Το ζήτημα ήταν σημαντικό διότι η περιοχή εκδήλωσής τους ήταν στο σημείο εισόδου του υπόγειου χώρου με προφανείς αρνητικές συνέπειες. Για την άμεση αντιμετώπιση των αστοχιών που εκδηλώθηκαν στην οροφή του συγκροτήματος επιλέχθηκε η χρήση πρόσθετων αγκυρώσεων σε κάναβο 1,4 m x 1,4 m. Οι νέες αγκυρώσεις έγιναν με τη χρήση αυτοδιατρούμενων αγκυρίων (self drilling), μήκους 8 m, τα οποία τοποθετήθηκαν σε πεσσοειδή διάταξη και στις ενδιάμεσες θέσεις των αρχικών αγκυρώσεων Swellex. Η συγκεκριμένη παρέμβαση στην προβληματική περιοχή, σε συνδυασμό με επιπρόσθετη στρώση εκτοξευόμενου σκυροδέματος, λειτούργησε ικανοποιητικά με αποτέλεσμα την εξασφάλιση της οροφής του συγκροτήματος και τον έλεγχο των αστοχιών. Κάτι τέτοιο επιβεβαιώθηκε και από την μέτρηση των συγκλίσεων που πραγματοποιήθηκαν, μετά την εφαρμογή των μέτρων υποστήριξης (Σχήμα 8). Όπως παρατηρείται, οι μετρούμενες συγκλίσεις είναι σε πολλές περιπτώσεις στο όριο της ακρίβειας του οργάνου, ενώ, οι μέγιστες τιμές που λαμβάνουν είναι της τάξης των 4-5 mm. Για την ανάλυση της συμπεριφοράς των στύλων, πραγματοποιήθηκαν νέες αριθμητικές αναλύσεις με βάση τα καινούργια δεδομένα, οι οποίες επιβεβαίωσαν την ευστάθειά τους (Σχήμα 9). Δεν εμφανίζονται να υπάρχουν φαινόμενα αστοχίας στους στύλους του έργου, 6ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, 29/09 1/10 2010, Βόλος 6

ενώ τα προβλήματα επικεντρώνονται σε τμήματα της οροφής. Κατακόρυφες μετατοπίσεις Dy (mm) 8 7 6 5 4 3 2 1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 1/11 5/11 10/11 13/11 14/11 17/11 18/11 21/11 24/11 26/11 27/11 Σχήμα 8. Μετρηθείσες συγκλίσεις σε επιλεγμένες θέσεις της οροφής του υπογείου έργου. Figure 8. Measured displacements in selected roof locations of the underground excavation. Σχήμα 9. Εκτίμηση των περιοχών αστοχίας με βάση τα νέα δεδομένα εμφάνισης των σχηματισμών. Figure 9. Estimated failure zones using the updated geological data. Για την προετοιμασία έναντι κάθε πιθανού ενδεχομένου, διερευνήθηκε και η εφαρμογή πρόσθετων μέτρων ενίσχυσης των στύλων, με τη χρήση προεντεταμένων κοχλιώσεων μέσα στη μάζα τους. Η εκτέλεση του συγκεκριμένου μέτρου θα δημιουργούσε συνθήκες τριαξονικής φόρτισης στους στύλους και συνεπώς θα βελτίωνε τη φέρουσα ικανότητά τους. Παράλληλα, οι κοχλιώσεις θα ήταν σε θέση να βελτιώσουν τη διατμητική αντοχή των ασυνεχειών ή επιπέδου στρώσεων που βρίσκονται μέσα στη μάζα των στύλων και επομένως να βελτιώσουν περαιτέρω την συμπεριφορά του. Επιλέχθηκε μια πιο ήπια αντιμετώπιση, σύμφωνα με την οποία, η εκσκαφή θα συνεχίζονταν και θα προχωρούσε εκτός της προβληματικής περιοχής, μέχρι τη συνάντηση της βόρειας παρειάς του χώρου (θέση Ε33). Στη συνέχεια, η διάνοιξη θα συνεχίζονταν με 1/12 2/12 3/12 5/12 8/12 9/12 11/12 12/12 16/12 17/12 Α21 Α22 Α23 Α24 Α25 Α26 Α27 Α28 19/12 7/1 κατεύθυνση προς τα δυτικά, σχηματίζοντας αρχικά τους δύο κεντρικούς επιμήκεις θαλάμους (Β και Γ) χωρίς να πραγματοποιηθεί η εκσκαφή των μικρών εγκάρσιων που θα οδηγούσε στο σχηματισμό των στύλων του συγκροτήματος. Ταυτόχρονα, με την πρόοδο των ως άνω εργασιών, επιλέχθηκε να γίνει η δημιουργία ενός στύλου (στύλος 4), η συμπεριφορά του οποίου παρακολουθούνταν σε καθημερινή βάση, ώστε να προκύψουν τα απαραίτητα συμπεράσματα για την ευστάθειά του. Στην περίπτωση που εμφανίζονταν ρηγματώσεις ή ισχυρές πλευρικές παραμορφώσεις στον στύλο, τότε θα γίνονταν η εγκατάσταση των κοχλιώσεων. Σύμφωνα με τις μετρήσεις, οι πλευρικές παραμορφώσεις που προέκυψαν ήταν περί τα 3 mm, ενώ δεν υπήρξαν ρηγματώσεις ή άλλες ενδείξεις αστοχίας σε αυτόν. Η ανάπτυξη του χώρου συνεχίστηκε με την διάνοιξη του θαλάμου Α, καθώς και των υπόλοιπων εγκαρσίων, δημιουργώντας τους στύλους του συγκροτήματος. Τέλος, επιλέχθηκε να υπάρξει μια συντηρητική αντιμετώπιση στην περιοχή της εισόδου και να μην πραγματοποιηθεί η διάνοιξη των περιμετρικών θαλάμων του χώρου εκατέρωθεν του σημείου εισόδου, δημιουργώντας μια μορφή επιμήκους στύλου (rib pillar). Με τον τρόπο αυτό επετεύχθη η καλύτερη προστασία της εισόδου, μιας κρίσιμης περιοχής για την ασφάλεια του έργου, τόσο κατά τη φάση κατασκευής όσο και κατά τη φάση λειτουργίας. Η τελική μορφή του έργου, μαζί με τα σχέδια της λειτουργικής του μορφής δίνονται στο Σχήμα 10. Σχήμα 10. Άποψη της τελικής μορφής του χώρου όπως κατασκευάστηκε. Figure 10. As-built plan view of the underground project. Στο έργο έχουν τοποθετηθεί μια σειρά από γεωτεχνικά όργανα παρακολούθησης της συμπεριφοράς της υπόγειας εκσκαφής. Αυτά 6ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, 29/09 1/10 2010, Βόλος 7

αποτελούνται από δύο μηκυνσιόμετρα τριών ράβδων (1,5 m, 3 m και 5 m) τα οποία είναι τοποθετημένα στο κέντρο των θαλάμων, δύο μηκυνσιόμετρα που έχουν τοποθετηθεί στην επιφάνεια για την καταγραφή πιθανών παραμορφώσεων και καθιζήσεων, καθώς επίσης και κελιά φορτίου κοχλιώσεων και κυψέλη φορτίου σε θέση στύλου του συγκροτήματος. Μέχρι σήμερα δεν έχει υπάρξει καμία ένδειξη για εμφάνιση αστοχίας στους στύλους ή στην οροφή του έργου. Επίσης, με βάση τα στοιχεία των μετρήσεων που πραγματοποιήθηκαν μετά το πέρας της κατασκευής, οι συγκλίσεις εντός του χώρου, όπως επίσης και οι επιφανειακές καθιζήσεις είναι μηδενικές. 6. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Ο υπόγειος χώρος του Τ.Π.Π.Λ. αποτελεί την πρώτη εφαρμογή για την αποθήκευση επικίνδυνων αποβλήτων που έχει σχεδιαστεί και κατασκευαστεί στον Ελλαδικό χώρο. Παρά τη σύνθετη γεωλογία που συναντήθηκε στη θέση κατασκευής και τις συνεπακόλουθες κατασκευαστικές δυσχέρειες, τα πρόσθετα μέτρα που ελήφθησαν για την αντιμετώπισή τους κρίνονται ως επιτυχή. Στη βάση της ανάλυσης που αναπτύχθηκε στο παρόν άρθρο, αναδεικνύεται η ασφάλεια και η ευελιξία που προσφέρει η μέθοδος θαλάμων και στύλων με την επίτευξη υψηλών συντελεστών ασφαλείας ικανών να ανταπεξέλθουν σε δυσμενείς γεωτεχνικές συνθήκες, αλλά και με τη δυνατότητα πραγματοποίησης παρεμβάσεων στα βασικά γεωμετρικά χαρακτηριστικά τους ώστε να προκύψουν οι βέλτιστες συνθήκες ευστάθειας της εκσκαφής. Τα χαρακτηριστικά και επιλογές του σχεδιασμού που πραγματοποιήθηκε στο υπόγειο έργο του Τ.Π.Π.Λ., παράλληλα με την εμπειρία που αποκτήθηκε με βάση τα πραγματικά κατασκευαστικά δεδομένα μπορούν να αποτελέσουν τη βάση για την περαιτέρω υιοθέτηση υπόγειων λύσεων σε αντίστοιχες εφαρμογές. έργου ήταν η εταιρεία ΠΡΟΕΤ Α.Ε., του ομίλου J&P-ABAΞ Α.Ε. 8. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ Benardos, A.G. and Kaliampakos, D.C. (2006), Design of an underground hazardous waste repository in Greece, Proc. ITA- AITES World Tunnel Congress, 22-27 April, Seoul, Korea. ΕΤΓΥ Εργ. Τεχνικής Γεωλογίας και Υδρογεωλογίας ΕΜΠ, (1999), Γεωλογική και υδρογεωλογική μελέτη στο χώρο του Τ.Π.Π.Λ., Ερ. Πρόγραμμα Περιβαλλοντική Εξυγίανση Τεχνολογικού - Πολιτιστικού Πάρκου Λαυρίου, Αθήνα. Iannacchione, A.T. (1999), Analysis of pillar design practices and techniques for U.S. limestone mines, Trans. Inst. Min. Metall. (Sect. A: Min. Industry), 108, pp. 152-160. Kaliampakos, D., Damigos, D. and Protonotarios, V. (2009), Management of a highly contaminated structure resulted from metallurgical activity: The rare case of Konofagos Building, Proc. 3rd AMIREG Int. Conf. 2009: Assessing the Footprint of Resource Utilization and Hazardous Waste Management, 7 9 September, Athens, Greece, pp. 188 193. Obert, L. and Duvall, W.I. (1967), Rock mechanics and the design of structures in rock, John Wiley & Sons. ΠΑΝΓΑΙΑ Σύμβουλοι Μηχανικοί (2007), Διαμόρφωση υπόγειου χώρου στο Τ.Π.Π.Λ. Μελέτη υπόγειου χώρου και σήραγγας προσπέλασης, Αθήνα. Salamon, M.D.G. and Munro A.H. (1967), A study of the strength of coal pillars, J. S. Afr. Inst. Min. Metall. 68, pp. 55-67. 7. ΑΝΑΓΝΩΡΙΣΗ Η κατασκευή του υπόγειου χώρου αποθήκευσης απόβλητων στο Τ.Π.Π.Λ. χρηματοδοτήθηκε στα πλαίσια του Προγράμματος Ανταγωνιστικότητα του ΥΠ.ΑΝ. με τίτλο «Εξυγίανση Εδαφών και Συμπληρωματικά Έργα στο Τεχνολογικό Πολιτιστικό Πάρκο Λαυρίου». Ανάδοχος του 6ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, 29/09 1/10 2010, Βόλος 8