Οι Σήραγγες του Τµήµατος Παναγιά-Ανήλιο της Ν.Σ.Γ. Καλαµπάκα- Ιωάννινα-Ηγουµενίτσα. Αξιολόγηση Γεωερευνητικών Εργασιών.

Οι Σήραγγες του Τµήµατος Παναγιά-Ανήλιο της Ν.Σ.Γ. Καλαµπάκα- Ιωάννινα-Ηγουµενίτσα. Αξιολόγηση Γεωερευνητικών Εργασιών. The Tunnels of Panagia-Anilio Section of the New Kalambaka-Ioannina- Igoumenitsa Railway. Evaluation of Geotechnical Investigation. ΜΙΧΑΛΗΣ, Η. Κ. Πολιτικός Μηχανικός MSc DIC ΠΑΡΑΘΥΡΑΣ, Α. Ν. ρ. Πολιτικός Μηχανικός, Εµβέλεια Α.Ε. ΠΡΟΥΝΤΖΟΠΟΥΛΟΣ, Γ. Κ. Πολιτικός Μηχανικός MSc, Υποψήφιος ιδάκτορας, Ε.Μ.Π. ΠΑΠΑΖΑΧΑΡΙΟΥ, Α. Ε. Τεχνικός Γεωλόγος, Εµβέλεια Α.Ε. SCHWARZ, L. Senior Engineering Geologist, ILF Consulting Engineers ΠΕΡΙΛΗΨΗ : Στο τµήµα Παναγιά-Ανήλιο της Ν.Σ.Γ. Καλαµπάκα-Ιωάννινα-Ηγουµενίτσα σχεδιάζεται η κατασκευή 4 σηράγγων (Σήραγγες Σ19, Σ22, Σ23 και Σ24) συνολικού µήκους 13km. Λόγω του µεγάλου βάθους διάνοιξης, της πολύπλοκης γεωλογίας και του έντονου ανάγλυφου, κατά την εκτέλεση του γεωερευνητικού προγράµµατος αντιµετωπίσθηκαν σηµαντικές δυσκολίες. Στο άρθρο παρουσιάζονται οι γεωερευνητικές εργασίες και τα κύρια σηµεία αξιολόγησης των αποτελεσµάτων τους. Έµφαση δίδεται στις εργαστηριακές δοκιµές αντοχής βραχωδών δειγµάτων και στον τρόπο µε τον οποίο το βάθος δειγµατοληψίας και η ετερογένεια του φλύσχη επιδρούν στα αποτελέσµατά τους. Ιδιαίτερη αναφορά γίνεται στην εκτέλεση δοκιµών σε ετερογενή βράχο. ABSTRACT : In the Panagia-Anilio section of the New Kalambaka-Ioannina-Igoumenitsa Railway, the construction of four tunnels (Σ19, Σ22, Σ23 and Σ24 tunnels) with a total length of 13km is under design. Due to the very high overburden, the geological complexity and the mountainous terrain, the execution of the geotechnical investigation faced significant difficulties. The article presents the geotechnical investigation and the main points of the evaluation of its results. Emphasis is given to the laboratory strength tests on rock specimens and the effects of sampling depth and heterogeneity of flysch on their results. Special reference is made on the execution of strength tests on heterogeneous intact rock specimens. 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΕΚΤΕΛΕΣΗ ΓΕΩΕΡΕΥΝΗΤΙΚΟΥ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΟΣ Στα πλαίσια διερεύνησης των συνθηκών διάνοιξης των σηράγγων Σ19, Σ22, Σ23 και Σ24 εκτελέσθηκαν γεωλογικές έρευνες υπαίθρου και γεωτεχνικές έρευνες υπαίθρου και εργαστηρίου, τα αποτελέσµατα των οποίων αξιολογήθηκαν για τη σύνταξη της οριστικής γεωλογικής µελέτης και την εκπόνηση της οριστικής µελέτης εκσκαφής και υποστήριξης και την οριστική µελέτη µόνιµης επένδυσης. Το πρόγραµµα των γεωτεχνικών ερευνών υπαίθρου περιελάµβανε συνολικά την εκτέλεση 31 γεωτρήσεων, εκ των οποίων οι 2 εκτελέσθηκαν µε πλήρη δειγµατοληψία και οι υπόλοιπες 11 µε µερική δειγµατοληψία. Αναλυτικότερα στοιχεία σχετικά µε τις γεωτεχνικές έρευνες υπαίθρου παρουσιάζονται στον Πίνακα 1, από τον οποίο προκύπτει ότι, εκ των 31 γεωτρήσεων του γεωτεχνικού προγράµµατος, οι 11 έχουν βάθος άνω των 2m, ενώ 3 εξ αυτών έχουν βάθος άνω των 6m (µέγιστο 7m) καθιστώντας το ένα από τα βαθύτερα γεωτεχνικά προγράµµατα που έχουν εκτελεσθεί για οδικό ή σιδ/κό έργο στην Ελλάδα. Τούτο, σε συνδυασµό µε την ποιότητα της βραχόµαζας, είχε ως αποτέλεσµα τον ιδιαίτερα αυξηµένο βαθµό δυσκολίας εκτέλεσης του γεωερευνητικού προγράµµατος. Λόγω του έντονου αναγλύφου της περιοχής περί τον αυχένα Κατάρας, των δυσµενών καιρικών συνθηκών και του µεγάλου ύψους των υπερκειµένων της Σήραγγας Σ24 (µήκος 1345m, µέγιστο υπερκείµενο 875m), κατά την εκτέλεση του γεωερευνητικού προγράµµατος υπαίθρου αντιµετωπίσθηκαν δυσµενείς συνθήκες τόσο κατά τη διάνοιξη των οδών 6ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, 29/9 1/1 21, Βόλος 1

πρόσβασης όσο και κατά την υποστήριξη των διατρητικών εργοταξίων µε αποτέλεσµα οι εργασίες αυτές να αναδειχθούν ως κρίσιµες για την επιτυχή ολοκλήρωση του έργου. Πίνακας 1. Table 1. Βάθος ιάτρησης (m) Συνοπτικά στοιχεία γεωτρήσεων Summary of borehole data Μέγιστο Συνολικό Απόλυτο Μήκος Γεωτρήσεων Κεφαλής Υψόµετρο ιάτρησης (m) (m) < 1 16 853,6 875 1 2 4 55,8 983 2 6 8 2.661,1 1.325 > 6 3 1.924,1 1.43 Σύνολο 31 5.989,6 Η εκτέλεση των 11 γεωτρήσεων µερικής δειγµατοληψίας σε βάθη από 2 έως 7m περιελάµβανε µη δειγµατοληπτική διάτρηση µε χρήση υδρογεωτρύπανου έως το βάθος 6 διαµέτρων άνω της στέψης της σήραγγας. Λόγω του υψηλού βαθµού κερµατισµού των πετρωµάτων που διατρήθηκαν απαιτήθηκε συστηµατική τοποθέτηση σωλήνωσης και χρήση µπετονίτη σε όλο σχεδόν το µήκος της διατρητικής στήλης, ώστε να αποφευχθούν προβλήµατα καταπτώσεων. Κατά τη διάρκεια της εκτέλεσης των υδρογεωτρήσεων: α) διαπιστώθηκε αρκετά συχνά απώλεια µπετονίτη, γεγονός το οποίο αποδίδεται σε τεκτονικά αίτια (ρηγµατωµένες ζώνες) και β) αντιµετωπίστηκε πρόβληµα συγκράτησης της διατρητικής στήλης µε συνέπεια πολύωρες έως και ολιγοήµερες καθυστερήσεις. Συνεπώς, απαιτήθηκε αδιάκοπη λειτουργία των διατρητικών συγκροτηµάτων ενώ η ανάγκη για τροφοδοσία τους µε µπετονίτη απαιτούσε άµεση διαθεσιµότητα υλικών και κινητοποίηση των υποστηρικτικών συνεργείων. 2. ΓΕΩΛΟΓΙΑ ΤΗΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ Κατά τη διάνοιξη της σήραγγας Σ24 αναµένεται να συναντηθούν οι σχηµατισµοί της υποπελαγονικής ζώνης καθώς και ο φλύσχης της γεωτεκτονικής ζώνης της Πίνδου. Οι σχηµατισµοί της υποπελαγονικής ζώνης αναµένεται να συναντηθούν κατά τα πρώτα πέντε χιλιόµετρα της σήραγγας Σ24. Κύριο χαρακτηριστικό γνώρισµά της είναι οι µεγάλες οφιολιθικές µάζες και η συνοδεύουσα αυτές σχιστοκερατολιθική διάπλαση. Στο υπόλοιπο της διάνοιξης αναµένεται να συναντηθούν οι φλυσχικοί σχηµατισµοί της Πινδικής ζώνης. Οι συνθήκες διάνοιξης της σήραγγας περί το µέσον της, όπου αναµένεται να συναντηθεί η ζώνη επώθησης, καθορίζονται σε µεγάλο βαθµό από τον τρόπο τοποθέτησης των οφιολιθικών επί των φλυσχικών µαζών. Κατά τη διάνοιξή της στο συγκεκριµένο τµήµα είναι πιθανό να αντιµετωπιστούν δυσµενείς συνθήκες που εξαρτώνται από το πάχος της επωθηµένης ζώνης και σχετίζονται µε τη γεωµηχανική συµπεριφορά των σχηµατισµών της ζώνης αυτής, την ύπαρξη ενεργών τεκτονικών συνθηκών καθώς και από την ύπαρξη συνθηκών αυξηµένης υδροφορίας. 3. ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΒΡΑΧΟΜΑΖΑΣ Σύµφωνα µε τα στοιχεία των γεωτρήσεων, η γεωµηχανική συµπεριφορά του οφιολιθικού συµπλέγµατος παρουσίασε σηµαντικό εύρος και είναι δυνατόν να χαρακτηρισθεί από «καλή» (συµπαγείς έως ελαφρά κερµατισµένοι, υγιείς έως ελαφρά αποσαθρωµένοι περιδοτίτες και σερπεντινίτες) έως «πολύ πτωχή» (έντονα διαταραγµένοι και διατµηµένοι, έως και εδαφοποιηµένοι σερπεντινίτες στην περιοχή του κύριου µετώπου της επώθησης). Η βαθµονόµηση του σχηµατισµού έγινε µε βάση το σύστηµα GSI, λαµβάνοντας υπόψη τις συστάσεις των Marinos et al. (26) για οφιολίθους σε σήραγγες. Η γεωµηχανική συµπεριφορά του φλύσχη παρουσίασε επίσης σηµαντικό εύρος και χαρακτηρίστηκε από «πολύ πτωχή» έως «καλή». Επισηµαίνεται ότι η συµπεριφορά του φλύσχη εξαρτάται από: (α) την ετερογένειά του και (β) την τεκτονική του καταπόνηση που έχει επιδράσει µε σηµαντικά διαφορετικό τρόπο στις επιµέρους ψαµµιτικές και ιλυολιθικές στρώσεις. Ως χαρακτηριστικές εµφανίσεις του αναφέρονται: (α) οι συµπαγείς έως ελαφρά κερµατισµένες εναλλαγές ιλυολίθων ψαµµιτών, υγιείς έως ελαφρά αποσαθρωµένες, µε κυρίαρχη την ψαµµιτική φάση, (β) οι µέτρια έως πολύ κερµατισµένες, ελαφρά έως µέτρια αποσαθρωµένες εναλλαγές ιλυολίθων ψαµµιτών, (γ) οι έντονα κερµατισµένες, µέτρια έως έντονα αποσαθρωµένες εναλλαγές ιλυολίθων ψαµµιτών µε κυρίαρχη την ιλυολιθική φάση και (δ) οι έντονα διαταραγµένες και διατµηµένες, ισχυρά αποσαθρωµένες έως πλήρως εδαφοποιηµένες εναλλαγές ιλυολίθων ψαµµιτών µε σαφή επικράτηση της ιλυολιθικής φάσης, οι οποίες εµφανίζονται σε σηµαντικό ποσοστό στο τµήµα της σήραγγας µε τα µεγαλύτερα υπερκείµενα. 6ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, 29/9 1/1 21, Βόλος 2

Σχήµα 1. Πίνακας βαθµονόµησης GSI για ετερογενείς βραχόµαζες (Β. Μαρινος, 27) Figure 1. GSI chart for heterogeneous rockmasses (V. Marinos, 27) Η βαθµονόµηση του σχηµατισµού έγινε µε βάση το σύστηµα GSI, χρησιµοποιώντας τον νέο πίνακα που προτάθηκε (Β.Μαρίνος, 27) για ετερογενείς βραχόµαζες (Σχήµα 1). Σε σχέση µε τον αντίστοιχο πίνακα που προτάθηκε από τους Marinos & Hoek (21) ο νέος πίνακας εµφανίζεται πληρέστερος, καθώς: (α) διορθώνει το σφάλµα της υποβάθµισης του GSI για καλής ποιότητας εναλλαγές ιλυολίθου-ψαµµίτη (Τύπος IV) που ενδέχεται να εµφανιστούν, ιδιαίτερα σε µεγάλα βάθη, (β) περιλαµβάνει περισσότερους τύπους φλύσχη και πιο συγκεκριµένα, τον αδιατάρακτο ιλυόλιθο (Τύπος II), τις έντονα διαταραγµένες εναλλαγές ιλυολίθου-ψαµµίτη (Τύπος VII), και τον αποδιοργανωµένο τύπο βραχόµαζας που αφορά κυρίως σε ψαµµίτη (Τύπος IX) και (γ) δίνει πιο ολοκληρωµένες συστάσεις για την επίδραση του τεκτονισµού στη βαθµονόµηση κάθε τύπου φλύσχη (ψαµµιτικού, ιλυολιθικού, εναλλαγών), που έχει ως αποτέλεσµα τη µετάπτωση των σχηµατισµών σε πιο διαταραγµένους τύπους βραχόµαζας. Στο Σχήµα 2 δίνεται η κατανοµή των βαθµονοµήσεων GSI κατά µήκος των γεωτρήσεων όπου συναντήθηκε ο φλύσχης είτε σε ίσες αναλογίες ιλυολίθου-ψαµµίτη είτε µε επικράτηση του ιλυολίθου. Ποσοστό (%) κατά µήκος των γεωτρήσεων 6 5 4 3 2 1 1.28 27.32 5.62 <2 2-35 35-5 >5 11.78 Εύρος ταξινόµησης κατά GSI Σχήµα 2. Κατανοµή βαθµονοµήσεων GSI εναλλαγών ιλυολίθου-ψαµµίτη και ιλυολιθικού φλύσχη Figure 2. Distribution of GSI classification ranges for siltstone and siltstone-sanstone alternation faces of flysch 6ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, 29/9 1/1 21, Βόλος 3

Όσον αφορά στο µήκος των γεωτρήσεων όπου επικρατεί ο ψαµµίτης, στο συντριπτικό του ποσοστό (>9%) βαθµονοµήθηκε µε GSI>5. 4. ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΩΝ ΟΚΙΜΩΝ Για τους σκοπούς της αξιολόγησης της σήραγγας Σ24, στον σχηµατισµό του οφιολιθικού συµπλέγµατος, έγιναν 73 δοκιµές προσδιορισµού της αντοχής σε µονοαξονική θλίψη, µε µέτρηση του µέτρου ελαστικότητας του άρρηκτου βράχου, και 56 δοκιµές σηµειακής φόρτισης. Αντίστοιχα, για τον φλύσχη έγιναν 94 δοκιµές µονοαξονικής θλίψης και 79 δοκιµές σηµειακής φόρτισης. Στο παρόν άρθρο παρουσιάζονται αναλυτικά µόνο τα αποτελέσµατα των δοκιµών σε φλύσχη, καθώς κρίθηκε ότι αυτά παρουσιάζουν µεγαλύτερο ενδιαφέρον. 4.1 οκιµές ανεµπόδιστης θλίψης σε φλύσχη Τα αποτελέσµατα των εργαστηριακών δοκιµών προσδιορισµού των µηχανικών χαρακτηριστικών της άρρηκτης φάσης του φλύσχη δεν ήταν εύκολο να αξιολογηθούν χωριστά για τον ιλυόλιθο και τον ψαµµίτη, ώστε να προκύψουν οι τιµές σχεδιασµού για την άρρηκτη φάση των ψαµµιτών, των ιλυολίθων και του ετερογενούς βράχου των εναλλαγών ψαµµίτη - ιλυολίθου, στις κατηγορίες βραχόµαζας όπου υπάρχει ισχυρή συµµετοχή και των δύο. Η δυσκολία αυτή στην αξιολόγηση οφείλεται στις ακόλουθες παρατηρήσεις: α) Κατά µήκος των γεωτρήσεων ο σχηµατισµός του φλύσχη εµφανίζεται µε τη µορφή εναλλαγών ιλυολίθου και ψαµµίτη µε κατά θέσεις επικράτηση της ιλυολιθικής ή ψαµµιτικής φάσης. εν παρατηρείται σε κάποια θέση συστηµατική παρουσία του ενός µόνο από τους δύο σχηµατισµούς χωρίς την (έστω και ασθενή) παρουσία του άλλου. β) Ο σχηµατισµός του ψαµµίτη εµφανίζεται λεπτόκοκκος σε σηµείο που πολλές φορές είναι δύσκολη η διάκρισή του από τον ιλυόλιθο κατά τον χαρακτηρισµό του φλύσχη στα δείγµατα των γεωτρήσεων. γ) Η εναλλαγή της ιλυολιθικής µε την ψαµµιτική φάση είναι συχνή και χωρίς κάποια διακριτή επιφάνεια αδυναµίας να παρεµβάλλεται, όταν ο σχηµατισµός είναι σχετικά υγιής. Αυτό έχει ως αποτέλεσµα να είναι συχνή η λήψη δείγµατος άρρηκτου υλικού που να περιέχει έστω και σε µικρό ποσοστό έναν από τους δύο σχηµατισµούς. Στη Φωτογραφία 1 φαίνεται η εναλλαγή των δύο σχηµατισµών σε άρρηκτα τµήµατα φλύσχη. Με ανοιχτό γκρι χρώµα διακρίνονται τα ψαµµιτικά τµήµατα, ενώ µε σκούρο τα ιλυολιθικά. Φωτογραφία 1. Εµφάνιση ετερογενούς βράχου φλύσχη από γεώτρηση της σήραγγας Σ24 Photo 1. Heterogeneous rock cores from borehole of Σ24 tunnel Μετά από προσεκτική αξιολόγηση των περιγραφών των γεωτρήσεων αλλά και συστηµατική επισκόπηση των δειγµάτων έγινε διαχωρισµός τους σε ψαµµιτικά, ιλυολιθικά και ετερογενή (δείγµατα µε σηµαντική συµµετοχή και των δύο άρρηκτων φάσεων ιλυολίθου και ψαµµίτη). Στη συνέχεια προέκυψαν τα ακόλουθα διαγράµµατα που δίνουν µια πιο ξεκάθαρη εικόνα για τη διασπορά των αντοχών των επιµέρους άρρηκτων ενοτήτων του φλύσχη. Επισηµαίνεται ότι πριν την επεξεργασία αφαιρέθηκαν κάποιες πολύ χαµηλές τιµές αντοχών, οι οποίες προέκυψαν από δοκίµια που από τα µητρώα των γεωτρήσεων φαινόταν ότι περιέχουν διακριτή ασυνέχεια. Βάθος (m) σ ci από δοκιµές UXL(MPa) 2 4 6 8 1 12 14 16 18 2 1 2 3 4 5 6 7 Σχήµα 3. Κατανοµή αποτελεσµάτων δοκιµών ανεµπόδιστης θλίψης (UCS) µε το βάθος σε άρρηκτα δείγµατα ψαµµίτη Figure 3. Distribution of UCS test results with depth for intact samples in sandstone 6ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, 29/9 1/1 21, Βόλος 4

Βάθος (m) 1 2 3 4 5 σ ci από δοκιµές UXL(MPa) 2 4 6 8 1 12 14 16 18 2 Σχήµα 4. Κατανοµή αποτελεσµάτων δοκιµών ανεµπόδιστης θλίψης (UCS) µε το βάθος σε άρρηκτα δείγµατα εναλλαγών ψαµµίτηιλυολίθου Figure 4. Distribution of UCS test results with depth for intact samples in siltstone - sandstone alternations Βάθος (m) σ ci από δοκιµές UXL (MPa) 2 4 6 8 1 12 14 16 18 2 1 2 3 4 α) Οι τιµές των αντοχών για τα ψαµµιτικά δείγµατα είναι σηµαντικά µεγαλύτερες από αυτές των ιλυολιθικών και αυτό φαίνεται και στη στατιστική τους επεξεργασία. Οι τιµές από τις δοκιµές στον ετερογενή βράχο των εναλλαγών ψαµµίτη ιλυολίθου βρίσκονται, όπως είναι φυσικό, ανάµεσα στις τιµές που αντιστοιχούν σε ψαµµίτη και ιλυόλιθο. β) Επειδή οι δοκιµές σε άρρηκτο ετερογενή βράχο δεν συνηθίζονται, αξιοσηµείωτο είναι το γεγονός ότι καµία από τις τιµές αντοχής δεν είναι πολύ χαµηλή, δεν υπάρχει δηλαδή ένδειξη αστοχίας στη διεπιφάνεια ψαµµίτη ιλυολίθου. Εποµένως οι δοκιµές αυτές µπορούν να θεωρηθούν αξιόπιστες, καθώς η επιφάνεια διαχωρισµού των δύο λιθολογικών τύπων εντός των δειγµάτων δεν φαίνεται να έπαιξε σηµαντικό ρόλο στη θραύση τους. Κάτι τέτοιο δεν είναι το ίδιο εύκολο να συµβεί σε αντίστοιχα δείγµατα κερµατισµένου βράχου µε αποσαθρωµένες επιφάνειες που δοκιµάζονται σε σηµειακή φόρτιση, όπως φαίνεται και παρακάτω. είγµατα σε ετερογενή βράχο φλύσχη, από τις διαθέσιµες γεωτρήσεις, φαίνονται στη Φωτογραφία 2. 5 6 7 Σχήµα 5. Κατανοµή αποτελεσµάτων δοκιµών ανεµπόδιστης θλίψης (UCS) µε το βάθος σε άρρηκτα δείγµατα ιλυολίθου Figure 5. Distribution of UCS test results with depth for intact samples in siltstone Από τη στατιστική επεξεργασία των αποτελεσµάτων ανά λιθολογία προκύπτουν τα στοιχεία του ακόλουθου πίνακα. Πίνακας 2. Στατιστικά στοιχεία δοκιµών µονοαξονικής θλίψης για τους διάφορους τύπους της άρρηκτης φάση του φλύσχη Table 2. Statistical data from UCS tests for various types of flysch intact rock Λιθολογία σ ci από UCS(MPa) Μέση Τυπική Τιµή Απόκλιση Ψαµµίτης 35 82.8 39.6 Εναλλαγές 23 55.9 3.1 Ιλυόλιθος 33 29.5 18.3 Από τα Σχήµατα 3, 4 και 5, αλλά και από τον Πίνακα 2 παρατηρείται ότι: Φωτογραφία 2. είγµατα ετερογενούς βράχου που ελέγχθηκαν σε µονοαξονική θλίψη Photo 2. Heterogeneous rock samples tested in UCS Ποσοστό (%) 45 4 35 3 25 2 15 1 5 Ψαµµίτης -2 2-4 4-6 6-8 8-1 1-12 12-14 14-16 16-18 Κλάση σ ci (MPa) Εναλλαγές Ψαµµίτη - Ιλυολίθου Ιλυόλιθος Σχήµα 6. Στατιστική επεξεργασία µετρήσεων αντοχής σε ανεµπόδιστη θλίψη της άρρηκτης φάσης του φλύσχη Figure 6. Statistical elaboration of UCS values on intact rock samples of flysch 6ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, 29/9 1/1 21, Βόλος 5

Το ιστόγραµµα του Σχήµατος 6 δείχνει ξεκάθαρα τη σηµαντική διαφορά στις κατανοµές των αποτελεσµάτων σε µονοαξονική θλίψη για ψαµµίτη και ιλυόλιθο. Χαρακτηριστική είναι επίσης η συγκέντρωση των περισσοτέρων δοκιµών σε ετερογενή δείγµατα εναλλαγών ψαµµίτη ιλυολίθου ανάµεσα στα αντίστοιχα αποτελέσµατα για ψαµµίτη και ιλυόλιθο. 4.2 οκιµές σηµειακής φόρτισης σε φλύσχη Για τους υπολογισµούς που αφορούν στη µετατροπή του δείκτη I s5 της σηµειακής φόρτισης σε αντοχή σε µονοαξονική θλίψη σ ci, έγινε αρχικά χρήση της τριγραµµικής σχέσης που προτείνουν οι Tsiambaos & Sabatakakis (24). Σύµφωνα µε αυτήν, η αντοχή σ ci σε ιζηµατογενή πετρώµατα σχετίζεται µε το δείκτη I s5 µέσω της σχέσης: σ ci =a I s5, όπου: a=13, για I s5 <2MPa a=2, για 2MPa I s5 5MPa a=28, για I s5 >5MPa Τα αποτελέσµατα από την εφαρµογή της ανωτέρω σχέσης παρουσιάζονται συνοπτικά στον ακόλουθο πίνακα. Πίνακας 3. Στατιστικά στοιχεία δοκιµών σηµειακής φόρτισης για τους διάφορους τύπους της άρρηκτης φάσης του φλύσχη Table 3. Statistical data from Point Load tests for various types of flysch intact rock Λιθολογία σ ci από PLT(MPa) Μέση Τυπική Τιµή Απόκλιση Ψαµµίτης 15 172. 123.9 Εναλλαγές 25 39.1 64.3 Ιλυόλιθος 38 44.5 51.9 Στην ίδια εργασία προτείνεται και η ακόλουθη εκθετική συσχέτιση: σ ci = 7.3 I s5 1.71 (1) Η σχέση αυτή περιγράφει καλύτερα τα δεδοµένα που ήταν διαθέσιµα στους συγγραφείς, τα οποία αξίζει να σηµειωθεί ότι αφορούσαν ασβεστολίθους, µάργες και ψαµµίτες και τιµές του δείκτη σηµειακής φόρτισης I s5 που δεν ξεπερνούσαν τα 7MPa. Τα αποτελέσµατα των δοκιµών σηµειακής φόρτισης µε χρήση της ανωτέρω εκθετικής συσχέτισης παρουσιάζονται συνοπτικά στον ακόλουθο πίνακα. Πίνακας 4. Στατιστικά στοιχεία δοκιµών σηµειακής φόρτισης για τους διάφορους τύπους της άρρηκτης φάση του φλύσχη Table 4. Statistical data from Point Load tests for various types of flysch intact rock Λιθολογία σ ci από PLT(MPa) Μέση Τυπική Τιµή Απόκλιση Ψαµµίτης 15 222. 185.6 Εναλλαγές 25 38.1 78.4 Ιλυόλιθος 38 38.3 53.2 Παρατηρούνται τα εξής: α) Η διασπορά των αποτελεσµάτων είναι πολύ µεγάλη σε σχέση µε αυτή των δοκιµών µονοαξονικής θλίψης, κάτι που συνήθως συµβαίνει στα αποτελέσµατα της δοκιµής σηµειακής φόρτισης. β) Οι τιµές για τον ψαµµίτη, είναι στην πλειονότητά τους πολύ µεγάλες και δίνουν σε πολλές περιπτώσεις µη ρεαλιστικές τιµές, σε σύγκριση µε το άνω όριο των τιµών UCS που προκύπτουν από τις δοκιµές µονοαξονικής θλίψης. Οι διαφορές αυτές ενδεχοµένως να οφείλονται στην αδυναµία της σχέσης που χρησιµοποιήθηκε (ειδικά της εκθετικής), να συσχετίσει το δείκτη I s5 µε την αντοχή σ ci για τόσο υψηλές τιµές του δείκτη σηµειακής φόρτισης. Με δεδοµένο ότι οι συσχετίσεις που χρησιµοποιήθηκαν προέκυψαν από δοκιµές µε τιµές του δείκτη σηµειακής φόρτισης I s5 <7MPa, θα ήταν χρήσιµο να εξετασθεί το ενδεχόµενο µετατροπής της εκθετικής σχέσης σε σιγµοειδή, εφόσον συγκεντρωθεί ένας ικανός αριθµός αξιόπιστων δεδοµένων µε τιµές του δείκτη σηµειακής φόρτισης I s5 >7MPa. γ) Η µέση τιµή των αποτελεσµάτων που αφορούν στις εναλλαγές ψαµµίτη ιλυολίθου κρίνεται χαµηλή. Ενδεικτικό είναι το γεγονός ότι η µέση τιµή για τα ιλυολιθικά δείγµατα είναι µεγαλύτερη αυτής των εναλλαγών. Κρίνεται ότι, λόγω του αυξηµένου βαθµού αποσάθρωσης των δειγµάτων αυτών, οι επιφάνειες διαχωρισµού ψαµµίτη ιλυολίθου εντός των δειγµάτων δηµιουργούν συχνά επιλεκτικές διαδροµές θραύσης, καθιστώντας τις δοκιµές µη αντιπροσωπευτικές. 4.3 Αποτελέσµατα προσδιορισµού µέτρου ελαστικότητας άρρηκτου βράχου φλύσχη Στατιστική επεξεργασία πραγµατοποιήθηκε και για τις τιµές του µέτρου ελαστικότητας E i από τα αποτελέσµατα των δοκιµών µονοαξονικής 6ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, 29/9 1/1 21, Βόλος 6

θλίψης. Συνοπτικά τα αποτελέσµατα παρουσιάζονται στον ακόλουθο πίνακα. Πίνακας 5. Στατιστικά στοιχεία τιµών µέτρου ελαστικότητας, από εργαστηριακές δοκιµές, για τους διάφορους τύπους της άρρηκτης φάσης του φλύσχη Table 5. Statistical data of elastic modulus results, from lab tests, for various types of flysch intact rock E i (GPa) Λιθολογία Μέση Τιµή Τυπική Απόκλιση Ψαµµίτης 32 11.5 9.5 Εναλλαγές 22 1.7 11.5 Ιλυόλιθος 31 7. 6.6 Λόγω των προβληµάτων που προκύπτουν κατά την εργαστηριακή µέτρηση του µεγέθους αυτού, όπως εξάλλου αναφέρεται και από τους Hoek & Diederichs (26), έγινε σύγκριση των αποτελεσµάτων µε έµµεσες εκτιµήσεις του µέτρου ελαστικότητας του άρρηκτου βράχου από τη διεθνώς προτεινόµενη σχέση E i =MR σ ci. ηλαδή για κάθε δοκιµή εκτιµήθηκε έµµεσα το µέτρο ελαστικότητας, µέσω της αντοχής σ ci, και τα αποτελέσµατα συγκρίνονται µε τις µετρηµένες στο εργαστήριο τιµές του E i. Τιµές για το συντελεστή MR (Modulus Ratio) προτείνονται στη βιβλιογραφία (Hoek & Diederichs 26). Πιο συγκεκριµένα για ψαµµίτη προτείνονται τιµές 2-35, ενώ για ιλυόλιθο από 35-4. Για τις εναλλαγές χρησιµοποιήθηκαν οι µέσες τιµές του εύρους για ιλυόλιθο και ψαµµίτη, δηλαδή MR από 275 έως 375. Συνοπτικά τα αποτελέσµατα παρουσιάζονται στον ακόλουθο πίνακα. Πίνακας 6. Στατιστικά στοιχεία έµµεσα υπολογισµένων τιµών µέτρου ελαστικότητας, µέσω του MR για κάθε σ ci, για τους διάφορους τύπους της άρρηκτης φάσης του φλύσχη Table 6. Statistical data of elastic modulus results, calculated via MR for each σ ci value, for various types of flysch intact rock E i (GPa) Λιθολογία Μέση Τιµή Τυπική Απόκλιση Ψαµµίτης 35 16.6-29. 7.9-13.8 Εναλλαγές 23 15.4-21. 8.3-11.3 Ιλυόλιθος 33 1.3-11.8 6.4-7.3 Παρατηρείται ότι: (α) η διασπορά των εργαστηριακών αποτελεσµάτων είναι πολύ µεγάλη, ενδεικτική της δυσκολίας στη λήψη αξιόπιστων αποτελεσµάτων για την τιµή του µέτρου ελαστικότητας και (β) τα αποτελέσµατα του έµµεσου υπολογισµού του µέτρου ελαστικότητας δίνουν σαφώς υψηλότερες τιµές, αφού οι ελάχιστες µέσες τιµές που προκύπτουν (για το ελάχιστο MR) είναι περίπου κατά 45% υψηλότερες των µέσων τιµών των εργαστηριακών αποτελεσµάτων. 5. ΜΕΤΡΟ ΠΑΡΑΜΟΡΦΩΣΙΜΟΤΗΤΑΣ ΤΗΣ ΒΡΑΧΟΜΑΖΑΣ Κατά την εκτίµηση των παραµέτρων σχεδιασµού, προβληµατισµός υπήρξε σχετικά µε την τιµή του µέτρου παραµορφωσιµότητας E m, ιδιαίτερα των πολύ ασθενών βραχοµαζών, στα µεγάλα βάθη (έως 875m) όπου αναµένεται να φτάσει η διάνοιξη της σήραγγας Σ24. Η σχέση των Hoek & Diederichs (26) φαίνεται να δίνει αξιόπιστες προβλέψεις του E m για καλής ποιότητας βραχόµαζες, οι οποίες χαρακτηρίζονται από τιµές GSI>3. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι έχει προκύψει από την αξιολόγηση δεδοµένων από 5 περίπου επιτόπου µετρήσεις και ανάστροφους υπολογισµούς των επιτόπου τιµών του E m διαφόρων τύπων βραχόµαζας, εκ των οποίων µόνο το 5% περίπου αφορά σε βραχόµαζες µε τιµές GSI<3, ενώ λιγότερο από 1% αφορά σε βραχόµαζες µε τιµές GSI<2. Επιπλέον, τα δεδοµένα αυτά προέρχονται από ανοικτές εκσκαφές και από υπόγεια έργα σε σχετικά µικρό βάθος. Η εκτίµηση, µέσω της σχέσης αυτής, του E m για τα έντονα διατµηµένα υλικά που αναµένονται στη ζώνη επώθησης, δίνει τιµές εξαιρετικά χαµηλές, που µε βάση την εµπειρία κρίνονται υπερβολικά συντηρητικές και για τέτοια βάθη θα σήµαιναν πρακτικά αδυναµία διάνοιξης της σήραγγας. Προς την κατεύθυνση αυτή, εξετάσθηκε η εξάρτηση του E m της βραχόµαζας από το υπάρχον πλευρικό τασικό πεδίο, το οποίο σε σηµαντικό βαθµό εξαρτάται από το βάθος στο οποίο αυτή βρίσκεται. Η εν λόγω εξάρτηση είναι δυνατόν να εκτιµηθεί βάσει µεθοδολογιών της διεθνούς βιβλιογραφίας. Στην παρούσα αξιολόγηση, η συσχέτιση των τιµών του E m µε το βάθος εκτιµήθηκε σύµφωνα µε την προτεινόµενη σχέση των Verman et al. (1997): E m =.4 H a 1 (RMR-2)/38 (2) όπου Η το ύψος υπερκειµένων (σε m) και a=.3 για RMR 3, a=.16 για RMR 7. Στο Σχήµα 7 εφαρµόζεται η σχέση (2) για την εκτίµηση ενός συντελεστή b επαύξησης των 6ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, 29/9 1/1 21, Βόλος 7

τιµών του E m, για διαφορετικά βάθη σήραγγας θεωρώντας ως τιµή αναφοράς εκείνη που αντιστοιχεί σε ύψος υπερκειµένων Η=5m, δηλαδή b=e m,h /E m,5m =(H/5) a. H (m) 5 25 45 65 85 b=e m,h /E m,5m 1 1.25 1.5 1.75 2 2.25 2.5 Ασθενείς Βραχόµαζες Ισχυρές Βραχόµαζες Σχήµα 7. ιάγραµµα µεταβολής του E m µε το βάθος, µε βάση τη σχέση των Verman et al. Figure 7. Diagram of E m change with depth, according to the relationship by Verman et al. Με βάση το Σχήµα 7, φαίνεται ότι για πολύ µεγάλα βάθη (>5m) η τιµή του E m µπορεί να λάβει τιµή υπερδιπλάσια της εκτιµώµενης µε βάση τις διαθέσιµες σχέσεις, που συνήθως προκύπτουν από δεδοµένα σε µικρότερα βάθη. Σε κάθε περίπτωση η προσαύξηση πρέπει να εφαρµόζεται σύµφωνα µε την κρίση και την εµπειρία των µελετητών. 6. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Το γεωερευνητικό πρόγραµµα των σιδ/κών σηράγγων του τµήµατος Παναγιά-Ανήλιο της Ν.Σ.Γ. Καλαµπάκα Ιωάννινα - Ηγουµενίτσα περιελάµβανε την εκτέλεση σηµαντικού αριθµού γεωτρήσεων βάθους άνω των 2m µε µέγιστο βάθος τα 7m, καθιστώντας το ένα από τα ελάχιστα που έχουν εκτελεσθεί σε τόσο µεγάλα βάθη, για οδικό ή σιδ/κό έργο, στην Ελλάδα. Η βαθµονόµηση των φλυσχικών σχηµατισµών που συναντήθηκαν έγινε µε βάση τον νέο πίνακα GSI, που προτάθηκε από τον Μαρίνο (27) για ετερογενείς βραχόµαζες. Ο πίνακας αυτός εµφανίζεται πιο πλήρης και εύχρηστος από τον αντίστοιχο πίνακα που προτάθηκε από τους Marinos & Hoek (21). Ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσίασε η αξιολόγηση των εργαστηριακών δοκιµών στο σχηµατισµό του φλύσχη, όπου κατέστη δυνατή η εκτέλεση δοκιµών για τον προσδιορισµό της αντοχής σε µονοαξονική θλίψη άρρηκτου ετερογενούς βράχου. Όσον αφορά στις δοκιµές σε µονοαξονική θλίψη, µπορούν να θεωρηθούν αξιόπιστες, µόνο εφόσον η επιφάνεια διαχωρισµού των δύο λιθολογικών τύπων εντός των δειγµάτων δεν αποτελεί και επιφάνεια αστοχίας. Η σωστή εκτέλεση τέτοιων δοκιµών µπορεί να αποδειχθεί σηµαντικό εργαλείο για τον προσδιορισµό της αντοχής ετερογενούς βράχου, που συνήθως γίνεται µε βάση την εµπειρία. Αναφορικά µε τα αποτελέσµατα προσδιορισµού του µέτρου ελαστικότητας του άρρηκτου βράχου E i, έδειξαν σηµαντικότατη διασπορά και χρειάζεται ιδιαίτερη προσοχή στην επιλογή των αντιπροσωπευτικών τιµών. Ο έµµεσος προσδιορισµός του µέτρου ελαστικότητας του άρρηκτου βράχου µέσω της σταθεράς MR έδωσε σαφώς υψηλότερες τιµές E i. Τέλος, σε σήραγγες σε µεγάλο βάθος, θα πρέπει να εξετάζεται η αξιοπιστία των υφιστάµενων σχέσεων εκτίµησης του E m, καθώς η διεθνής βιβλιογραφία αναφέρει µεθοδολογίες επαύξησής του λόγω αύξησης του βάθους, ειδικά σε ασθενή γεωυλικά. 6. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ Hoek, E. & Diederichs, M.S. (26). Empirical estimation of rock mass modulus. International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences, Vol. 43, pp.23-215. Marinos, P. & Hoek, E. (21). Estimating the geotechnical properties of heterogeneous rock masses such as flysch. Bull. Eng. Geol. Env., Vol. 6, pp.82-92. Marinos, P., Hoek, E. and Marinos, V. (26). Variability of the engineering properties of rock masses quantified by the geological strength index: the case of ophiolites with special emphasis on tunnelling. Bull. Eng. Geol. Env., Vol. 65, pp.129-142. Tsiambaos, G. & Sabatakakis, N. (24), Considerations on strength of intact sedimentary rocks. Engineering Geology, Vol. 72, pp.261-273. Verman, M., Singh, B., Viladkar, M.N., & Jethwa, J.L. (1997). Effect of tunnel depth on modulus of deformation of rock mass. Rock Mech. Rock Engng, Vol. 3, pp.121-127. Μαρίνος, Β. (27). «Γεωτεχνική ταξινόµηση και τεχνικογεωλογική συµπεριφορά ασθενών και σύνθετων γεωυλικών κατά την διάνοιξη σηράγγων». ιδακτορική ιατριβή, Σχολή Πολιτικών Μηχανικών, ΕΜΠ. 6ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, 29/9 1/1 21, Βόλος 8