Υπόγεια τεχνικά έργα μέθοδοι κατασκευής σηράγγων Νικόλαος Σαμπατακάκης Σχολή Θετικών Επιστημών Τμήμα Γεωλογίας
Μέθοδος ΝΑΤΜ Η βασική «φιλοσοφία» της ΝΑΤΜ είναι η ενεργοποίηση της αντοχής της περιβάλλουσας την εκσκαφή βραχομάζας ώστε να περιοριστεί στο ελάχιστο η αποσυμπίεσή της και η χαλάρωσή της. Αυτό γίνεται με την τοποθέτηση άμεσης υποστήριξης κυρίως από εκτοξευόμενο σκυρόδεμα και αγκύρια που ενισχύουν την περιβάλλουσα βραχομάζα με τη δημιουργία ενός «δακτυλίου υποστήριξης» ο οποίος συμβάλλει στην πίεση σταθεροποίησης που παράγεται από το φαινόμενο της θολωτής δράσης. Δεν εντάσσονται στην ΝΑΤΜ: 1) η Νορβηγική μέθοδος (NTM) 2) όταν η διάνοιξη γίνεται με τη χρήση μηχανημάτων ολομέτωπης κοπής (TBM) ή με τη χρήση προστατευτικής ασπίδας (shield) και 3) όταν για την υποστήριξη των τοιχωμάτων της διατομής δεν χρησιμοποιούνται αγκύρια ή εκτοξευμένο σκυρόδεμα (π.χ. μπορεί να χρησιμοποιούνται μόνο μεταλλικά πλαίσια) 2
Διάνοιξη - εκσκαφή 3
Διαδοχικές φάσεις εκσκαφής 4
Κύκλος εργασιών διάνοιξης διαμόρφωση μετώπου 5
Εξόρυξη βράχου με μηχανική εκσκαφή ή χρήση εκρηκτικών Η χρήση εκρηκτικών προϋποθέτει: 1) Καλής ποιότητας βραχομάζα 2) Ελεγχόμενη χρήση (ειδικές μεθόδους) 3) Ελάχιστες υπερεκσκαφές 4) Όχι αστικό περιβάλλον 6
Χαρτογράφηση μετώπου εκσκαφής 7
Άμεση υποστήριξη Ο πρωταρχικός στόχος των μέτρων υποστήριξης είναι να συμβάλουν στην αυτοϋποστήριξη της βραχομάζας Τα πλέον συνήθη μέτρα υποστήριξης που χρησιμοποιούνται στα υπόγεια τεχνικά έργα είναι τα αγκύρια, το εκτοξευόμενο σκυρόδεμα, τα μεταλλικά πλαίσια, οι δοκοί και ράβδοι προπορείας κ.α. Μια πρώτη διάκριση των παραπάνω μέτρων υποστήριξης μπορεί να γίνει σε ενεργά (active) και παθητικά (passive) Τα ενεργά μέτρα αποτελούν τμήμα της υποστηριζόμενης βραχομάζας και ενσωματώνονται μέσα σε αυτήν (π.χ. αγκύρια), ενώ τα παθητικά είναι εξωτερικά αυτής και ανταποκρίνονται σε μεταγενέστερα αναμενόμενες μετακινήσεις και παραμορφώσεις του πετρώματος (μεταλλικά πλαίσια, εκτοξευόμενο σκυρόδεμα). 8
Εκτοξευόμενο σκυρόδεμα (shotcrete) Είναι σκυρόδεμα που αποτελείται από τσιμέντο, νερό και λεπτόκοκκα αδρανή υλικά (συνήθως μέχρι 10 mm) που εκτοξεύεται με τη βοήθεια αέρα υπό πίεση οπότε και επιστρώνεται με υψηλή ταχύτητα στα βραχώδη τοιχώματα της υπόγειας εκσκαφής 9
Τύποι εκτοξευόμενου σκυροδέματος Παρασκευάζεται με δύο βασικούς τρόπους, αλλά το τελικό προϊόν πρακτικά είναι το ίδιο: (α) σαν ξηρό μίγμα με προσθήκη νερού στο στόμιο της εκτόξευσης (dry mix shotcrete) που είναι επίσης γνωστό με το όνομα gunite, και (β) σαν υγρό μίγμα που η ανάμιξη με νερό γίνεται μέσα στον αναδευτήρα κατά την παρασκευή του μείγματος (wet mix shotcrete) Σκοπός τοποθέτησης: (β) άμεση συγκράτηση των μικρών τεμαχών του πετρώματος που είναι επικίνδυνα να καταπέσουν (β) υποστήριξη των μεγάλων βραχωδών τεμαχών από την οροφή και τα τοιχώματα που επιτελείται κάποιο χρονικό διάστημα (μερικές ημέρες) μετά την τοποθέτησή του, οπότε και αναλαμβάνει την μέγιστη αντοχή του 10
Μεταλλικό πλέγμα (wire mesh) Χρησιμοποιείται συνήθως για να προστατεύει τα μικρά βραχώδη τεμάχη της οροφής και των τοιχωμάτων από καταπτώσεις. Είναι εύκολο και γρήγορο στην τοποθέτησή του ενώ μπορεί να πακτωθεί με τις πλάκες έδρασης των αγκυρίων η/και με την τοποθέτηση ειδικών καρφιών μεταξύ αυτών. Επίσης χρησιμοποιείται σαν οπλισμός του εκτοξευόμενου σκυροδέματος αν και τα τελευταία χρόνια έχει αντικατασταθεί από τις μεταλλικές ίνες (ινοπλισμένο εκτοξευόμενο σκυρόδεμα) 11
Αγκυρώσεις αγκύρια (μπουλόνια κοχλίες αγκύρωσης) Ι ενεργητικού τύπου ή προεντεταμένα (rockbolds) γίνεται προένταση (σύσφιξη) άμεση ανάληψη φορτίων Μήκος : 1,50-6m οπή (διάτρημα) : 4-7,5cm(1 1/2-3``) 12
Αγκυρώσεις αγκύρια (μπουλόνια κοχλίες αγκύρωσης) ΙΙ παθητικού τύπου (dowels) ενεργοποίηση με έναρξη παραμόρφωσης βραχομάζας όχι άμεση ανάληψη φορτίων Μήκος : 1,50-6m οπή (διάτρημα) : 4-7,5cm(1 1/2-3``) 13
Τοποθέτηση αγκυρίων 14
Μεταλλικά πλαίσια (steel ribs) Τα μεταλλικά πλαίσια υπάγονται στα «παθητικά» μέτρα υποστήριξης αφού η «ενεργοποίησή τους» και η ικανότητα ανάληψης φορτίων από αυτά, απαιτεί την εκδήλωση κάποιων μετακινήσεων στην περιβάλλουσα βραχομάζας. 15
Δοκοί προπορείας (forpolling) 16
Τελική μόνιμη επένδυση 17
Ενόργανη παρακολούθηση Επιτόπου μετρήσεις: 1) Μετρήσεις σύγκλισης τοιχωμάτων 2) Μηκυνσιόμερτα παλλαπλών σημείων 3) Αποκλισιόμετρα 4) Μετρητές πίεσης φορτίου 5) Επιφανειακές αποτυπώσεις 18
Νορβηγική μέθοδος (ΝΤΜ) Βασικά χαρακτηριστικά: 1) Εφαρμογή σε διακλασμένες βραχομάζας που δημιουργούν υπερεκσκσφές 2) Χρήση συστήματος Q στο σχεδιασμό κατασκευή 3) Διάτρηση συνήθως με εκρηκτικά 4) Δεν χρησιμοποιούνται μεταλλικά πλαίσια 5) Στις δύσκολες συνθήκες χρησιμοποιούνται ενισχυμένοι δακτύλιοι με χαλύβδινες ράβδους και εκτοξευόμενο σκυρόδεμα (RRS) 6) Συνήθως δεν έχει τελική επένδυση, είναι γενικά χαμηλότερου κόστους και περιβαλλοντικά πιο «φιλική» 19
Μέθοδος με ΤΒΜ 20
Τύποι ΤΒΜ Ανοικτού τύπου (για καλής ποιότητας βραχομάζες) Με ασπίδα (για μέτριας πτωχής ποιότητας βραχομάζες) Σήραγγα Ευήνου - Μόρνου Σε έντονα προβληματικές γεωλογικές συνθήκες χρησιμοποιούνται ΤΒΜ με ασπίδα εξισορρόπησης Πίεσης Εδάφους (ανάμειξη εκσκαπτόμενου υλικού με ρευστό μπετονίτη κ.λπ) 21
Ταχύτητες διάνοιξης με ΤΒΜ 12 m/ημ σε Αθηναϊκό σχιστόλιθο, 8.50 m/ημ. ανοικτού τύπου ΤΒΜ διαμέτρου 4.20 μ. από 16 μέχρι 36 m/ημ. για κατηγορίες βραχομάζας V και ΙΙ κατά RMR αντίστοιχα, ενώ για ΤΒΜ με διπλή τηλεσκοπική ασπίδα διαμέτρου 4.20 μ. προχώρηση σχεδόν σταθερή (25 30 m/ημ) για οποιαδήποτε ποιότητα βραχομάζας για ανοικτού τύπου μηχάνημα διαμέτρου 4.25 μ. περίπου 33 m/ημ σε συμπαγή ασβεστόλιθο 22
Τέλος Ενότητας