ΜΑΘΗΜΑ: ΤΕΧΝΙΚΗ ΓΕΩΛΟΓΙΑ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ: ΤΕΧΝΙΚΗΣ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ ΚΑΙ ΥΔΡΟΓΕΩΛΟΓΙΑΣ ΔΙΔΑΣΚΟΝΤΕΣ: Β. ΧΡΗΣΤΑΡΑΣ, Καθηγητής Β. ΜΑΡΙΝΟΣ, Επ. Καθηγητής ΒΟΗΘΗΤΙΚΟ ΦΥΛΛΑΔΙΟ 7ης ΣΕΙΡΑΣ ΑΣΚΗΣΕΩΝ ΤΙΤΛΟΣ ΑΣΚΗΣΗΣ: Αξιολόγηση τεχνικογεωλογικών συνθηκών κατά μήκος σήραγγας 1. ΣΚΟΠΟΣ ΑΣΚΗΣΗΣ Σκοπός της άσκησης είναι η κατασκευή γεωλογικής τομής σήραγγας από επιφανειακές εμφανίσεις και γεωτρήσεις. Ορισμός τεχνικογεωλογικών τύπων ενοτήτων. Εκτίμηση τεχνικογεωλογικής συμπεριφοράς (καταπτώσεις, συγκλίσεις, εισροές) κατά μήκος της σήραγγας. Προτάσεις για μέτρα υποστήριξης (ποιοτικά). Τύποι συμπεριφοράς της βραχόμαζας u Ευσταθής u Σφηνοειδείς ολισθήσεις αποκολλήσεις u Παραμορφώσεις (μικρές ή μεγαλύτερες) με την εκδήλωση διατμητικών αστοχιών σε ζώνη περιμετρικά της σήραγγας u Εκτίναξη βράχων u Καταρροή γεωυλικού u Ροή γεωυλικού με νερό u Διόγκωση u Ανισότροπες παραμορφώσεις Γενικές αστάθειες στις σήραγγες Χωρίζονται σε: i. Τασικές αστοχίες: Αστοχίες που προκαλούνται από ολόκληρο το δακτύλιο της βραχόμαζας γύρω από τη σήραγγα: περίπτωση βραχόμαζας με πολύ φτωχά μηχανικά χαρακτηριστικά και μεγάλα υπερκείμενα. ii. Βαρυτικές αστοχίες: Αστοχίες που προκαλούνται από την ύπαρξη τοπικών ασθενών επιπέδων ασυνεχειών με δυσμενή, ως προς το άνοιγμα της σήραγγας προσανατολισμό. a) ολίσθηση της βραχόμαζας κατά το επίπεδο ασυνεχειών με τη δημιουργία σφηνών (αλληλεπίδραση τεμνόμενων διακριτών ασυνεχειών). Σε σχετικά υγιείς βραχόμαζες στις οποίες υπάρχουν κυρίαρχα επίπεδα ασυνεχειών. b) Κατάπτωση τύπου καμινάδας (πολλά τεμάχη) ή καταρροή βραχόμαζας (συνεχής πτώση πολλών μικρών τεμαχών). Εκσαφή της σήραγγας σε φάσεις Βασικά μέτρα προσωρινής υποστήριξης σήραγγας u Εκτοξευόμενο σκυρόδεμα (μαζί με μεταλλικό πλέγμα και μεταλλικές ίνες οπλισμού. u Αγκύρια βράχου u Μεταλλικά πλαίσια u Ελαφρά βλήτρα προπορείας (Spiles) u Ομπρέλα βαριών δοκών προπορείας (Forepole umbrella) u Προσωρινό ανάστροφο τόξο u Αποστραγγιστικές και ανακουφιστικές οπές
2. ΚΛΕΙΔΙΑ ΕΠΙΛΥΣΗΣ ΘΕΩΡΗΤΙΚΕΣ ΓΝΩΣΕΙΣ Α. Κλειδιά άσκησης: i Γεωλογικό μοντέλο ii Τύπος βραχόμαζας (ανάλογα με την λιθολογία, τον κερματισμό, την αποσάθρωση και την περατότητα) iii Εκτίμηση συμπεριφοράς κατά μήκος σήραγγας: a. Γενικά: Βαρυτικές ή τασικές αστοχίες b. Ειδικά: Σφήνες, καταπτώσεις τύπου καμινάδας, καταρροή εδάφους, συγκλίσεις. Β. Θεωρητικές γνώσεις για την επίλυση (Προσοχή: βρείτε τις αντίστοιχες διαφάνειες στην σχετική παρουσίαση!!!) 1. Ποιές οι μέθοδοι διάνοιξης σηράγγων; 2. Τι είναι η συμβατική μέθοδο διάνοιξης της σήραγγας; 3. Ποια τα στάδια μελέτης μιας σήραγγας; 4. Ποιές οι μέθοδοι έρευνας κατά την μελέτη μιας σήραγγας; 5. Ποιοι οι μηχανισμοί αστοχίας σε μια σήραγγα; iv Εισροές υπογείων νερών: Ανάλογα με την περατότητα και την στάθμη των υπογείων υδάτων σε σχέση με τον άξονα της σήραγγας. v Μέτρα υποστήριξης στις σήραγγες: Ελαφριά μέτρα, μέτρια μέτρα, βαριά μέτρα υποστήριξης. 6. Τι πρέπει να προβλέπει ο γεωλόγος κατά μήκος μιας σήραγγας; 7. Ποιές παράμετροι αντοχής μας ενδιαφέρουν στον σχεδιασμό μιας σήραγγας; 8. Πως παρακολουθείτε η κατασκευή μια σήραγγας; 9. Τι έρευνες κάνει ο Γεωλόγος για τα υπόγεια νερά σε μία σήραγγα; Προσοχή: Στα πρανή έχουμε αντι- στήριξη Στις σήραγγες έχουμε υπο- στήριξη Στα φράγματα έχουμε διαφυγές υπογείων υδάτων Στις σήραγγες έχουμε εισροές υπογείων υδάτων Στίς σήραγγες έχουμε καταπτώσεις και παραμορφώσεις Στα πρανή έχουμε κατολισθήσεις και καταπτώσεις βράχων Στις θεμελιώσεις έχουμε καθιζήσεις και θραύση εδάφους 10. Πότε έχουμε εισροές μέσα σε μία σήραγγα και πότε όχι;
3. ΒΗΜΑΤΑ ΕΠΙΛΥΣΗΣ ΑΣΚΗΣΗΣ IV. Έλεγχος αν προεκτείνοντας τις γραμμές κοινών 1. Γεωλογικό μοντέλο επαφών από γεωτρήσεις ή/και επιφανειακές Γενικά προσοχή σε: εμφανίσεις, αυτές ταυτίζονται. Στρωματογραφική σειρά και αν δει ικανοποιείται τότε Αν ΝΑΙ τότε τις ενώνω να ερμηνεύεται πάνω στην τομή γιατί (π.χ. ρήγμα). Αν ΌΧΙ τότε ενδιάμεσα στα σημεία Να διατηρούνται τα πάχη που έχουν δωθεί στην πληροφοριών υπάρχει τεκτονική επαφή άσκηση ρήγμα και όχι κανονική συνέχεια ή πτύχωση (προσοχή όμως να κρατάτε το πάχος Να διαβάσετε τις σημειώσεις που συνήθως σας σταθερό). δίνουν βοήθειες- περιορισμούς για το πώς θα V. Άλλες σημαντικές ενδείξεις τεκτονικής δράσης φτιάξεται το καταλληλότερο μοντέλο. (πιθανή παρουσία ρήγματος ή πτύχωσης): ο Σημαντική αλλαγή κλίσης (>20 ). Βήματα συμπλήρωσης γεωλογικού μοντέλου: Πολύ πτωχή ποιότητα πετρωμάτων I. Φτιάξτε σε μία άκρη την σειρά των πετρωμάτων (αυτή θα δίνεται είτε ποιοτικά είτε από το νεότερο στο αρχαιότερο. Δεδομένο που θα αριθμητικά π.χ. RQD=0) δίνεται ή θα πρέπει γενικά να γνωρίζετε. Έτσι θα VI. Πρώτα θα σχεδιάζεται το ρήγμα και έπειτα οι γνωρίζετε τη φυσιολογική σειρά των πετρωμάτων επαφές σε βάθος. Αν κάπου στα δεδομένα (είτε επιφανείας VII. Άλλες βασικές πληροφορίες για τη είτε γεωτρήσεων) αυτή η σειρά έχει αλλάξει (π.χ. συμπλήρωση του γεωλογικού μοντέλου ένα αρχαιότερο πέτρωμα είναι πάνω από ένα Αν δίνεται ότι οι γεωλογικές επιφάνειες νεότερο) τότε υπάρχει τεκτονική επαφή, όπως ένα είναι στο χώρο επίπεδες... Τότε σημαίνει ρήγμα. ότι τα πετρώματα δεν μπορούν να είναι II. Βρίσκω τα όρια επαφές των πετρωμάτων (με τα πτυχωμένα αφού πρέπει να διατηρούν σταθερή κλίση. άλλα πετρώματα). Χωρίς ακόμα να ενωθούν Αν δεν το αναφέρει τότε δεν είναι γραμμές ίδιων επιφανειών μεταξύ τους. απαραίτητη η παρουσία ρήγματος για τη Πηγή ορίων διατάραξη της σειράς των πετρωμάτων o Τα έχει χαρτογραφημένα στην επιφάνεια αλλά και μία πτύχωση αρκεί να o Τα δίνει στις γεωτρήσεις διατηρείται σταθερό το πάχος. VIII. Άλλες βασικές πληροφορίες για τη o Γνωρίζοντας μόνο μία επαφή από γεώτρηση (και όχι συμπλήρωση του γεωλογικού μοντέλου όλες), δηλαδή το άνω ή κάτω όριο ενός Αν οι γεωλογικές επιφάνειες είναι σχηματισμού και παράλληλα το πάχος του. Έτσι πτυχωμένες δεν είναι απαραίτητη η μπορούμε να βρούμε το κάτω ή άνω όριο παρουσία ρήγματος για τη διατάραξη της αντίστοιχα, δηλαδή που αρχίζει το άλλο σύμφωνο σειράς των πετρωμάτων αλλά και μία πέτρωμα. πτύχωση αρκεί να διατηρείται σταθερό το Σημείωση: Αν δίνεται κάπου ότι υπάρχει ένα πάχος. πέτρωμα χωρίς να δίνεται κάποιο όριο του, τότε αυτό αξιοποιείται ως δεδομένο επαλήθευσης. Π.χ. Αν προεκτείνουμε από κάποιο άλλο σημείο (που γνωρίζουμε σίγουρα- π.χ. γεώτρηση) μία επαφή, με κλίση προς το σημείο που γνωρίζουμε, το πέτρωμα είναι αυτό που περιμένουμε; III. Έλεγχος επαφών (επιφανειακές εμφανίσεις και γεωτρήσεις) των πετρωμάτων με σκοπό βέβαια την προεκβολή και συνέχειά τους στο χώρο. Χωρίς Προσοχή: Τα γεωλογικά στρώματα διατηρούν ακόμα να ενωθούν γραμμές ίδιων επιφανειών σταθερή την παραλληλία μεταξύ τους ενώ η κλίση μεταξύ τους. τους έχει αλλάξει λόγω των ρηγμάτων. Παρόλα o Έλεγχος αν οι επαφές είναι σύμφωνα με την αυτά, η κλίση διατηρείται σταθερή σε κάθε στρωματογραφική σειρά (σειρά αρχαιότητας) τέμαχος. o Αν ΝΑΙ συνεχίζω o Α ν ΌΧΙ πιθανώς στα ενδιάμεσα αυτά σημεία να Σημείωση 1: Πρόκειται για πραγματική περίπτωση υπάρχει ένα ρήγμα και δεν μπορώ να προεκτείνω (Σήραγγα Μοναστηρίου, Υδαταγωγού Μόρνου) όπου επαφές ίδιων πετρωμάτων (π.χ. ασβεστόλιθο με έγιναν οι απαραίτητες απλουστεύσεις για τους ιλυόλιθο) και να τις ενώσω. Πρέπει να φέρω εκπαιδευτικούς σκοπούς της άσκησης. σύμφωνα με άλλα πιθανά δεδομένα κάποιο ρήγμα το οποίο οριοθετεί πλέον το μοντέλο σε περιοχές (τεμάχη) εκατέρωθεν του ρήγματος.
3. ΒΗΜΑΤΑ ΕΠΙΛΥΣΗΣ ΑΣΚΗΣΗΣ 2. Καθορισμός τύπων βραχόμαζας Παράδειγμα: μια κερματισμένη βραχόμαζα μπορεί να αστοχεί και να δημιουργεί υπερεκσκαφή τύπου Γενικά καμινάδας κάτω από συνθήκες μικρής πλευρικής u Πρέπει να βασιστεί στην οριοθέτηση των πίεσης. Η ίδια βραχόμαζα κάτω από μέτριες παραμέτρων (αντοχής και παραμορφωσιμότητας) πιέσεις μπορεί να είναι ευσταθής ενώ σε μεγάλες εκείνων όπου καθορίζουν τη συμπεριφορά της βραχόμαζας και επηρεάζουν τη μέθοδο διάνοιξης, μπορεί να προκαλέσει παραμορφώσεις με διατμητικές αστοχίες. το χρόνο και το κόστος u Έτσι ένας τύπος βραχόμαζας είναι ένα σύνολο γεωυλικών με όμοιες μηχανικές, φυσικές ή και υδραυλικές ιδιότητες και όχι απαραίτητα ίδιων λιθολογιών. u Ο αριθμός των τύπων αυτών εξαρτάται από τις επιτόπου συνθήκες γεωλογίας. Εδώ σας δίνονται και ενδεικτικές φωτογραφίες των τύπων κατά μήκος της σήραγγας για να διευκολυνθείτε και να καταλάβετε όλους τους πιθανούς τύπους. Ειδικά με βάσει: 1. Λιθολογία 2. Κερματισμός δομή (τεκτονισμός αλλά και στοιχεία γέννεσης όπως στρώσεις- σχιστότητα) 3. Χαρακτηριστικά αποσάθρωσης 4. Χαρακτηριστικά περατότητας Εδώ δεν έχετε αναλυτικά στοιχεία για τα παραπάνω παρά μόνο τις φωτογραφίες, την λιθολογία και το γεωλογικό μοντέλο (λογική τεκτονικής καταπόνησης στην περιοχή). 3. Εκτίμηση της συμπεριφοράς κατά μήκος της σήραγγας Πρώτα πρέπει να δείτε από τον πίνακα που σας δίνεται (Πίνακας 1 στην εκφώνηση) όλους Κατηγορίες Συμπεριφοράς στις σήραγγες (με συμβατική εκσκαφή) τους τύπους συμπεριφοράς. u Ο διαχωρισμός της συμπεριφοράς κατά μήκος 4. Εκτίμηση Των εισροών κατά μήκος της σήραγγας γίνεται: της σήραγγας Αρχικά με την ομογενοποίηση όμοιων τεχνικογεωλογικών τύπων βραχόμαζας (και επιτόπου συνθηκών (π.χ. ύψος Εδώ θα πρέπει να διερευνήσετε: υπερκειμένων) (βλέπε 1ο ερώτημα) i. Που είναι ο υδροφόρος ορίζοντας σε σχέση Στη συνέχεια θα πρέπει να σκεφτείτε τις με τη σήραγγα επιτόπου τάσεις, δηλαδή το βάθος της a. Αν είναι πάνω από τη σήραγγα σήραγγας (βάρος υπερκειμένων) και αν i. Αν είναι περατά τα γεωυλικά θα έχω αλλάζει η συμπεριφορά ενός τύπου θέματα εισροών βραχόμαζας όταν αυτός βρίσκεται σε ii. Αν δεν είναι περατά δεν θα έχω διαφορετικά βάθη: u στα στόμια (κοντά στην επιφάνεια) εισροές u λίγο μέσα στο βουνό χωρίς να είναι b. Αν είναι κάτω από τη σήραγγα επηρρεασμένο από τις επιφανειακές i. Αν είναι περατά τα γεωυλικά θα έχω συνθήκες περιοδικά προβληματα εισροών u Σε μεγαλύτερα βάθη και μεγαλύτερες πιέσεις (μεταβατική ζώνη) u Τέλος, μια ειδική συμπεριφορά θα ήταν σε ii. Αν δεν είναι περατά δεν θα έχω περιοχές μέ έντονη υδροφορία (προβλήματα εισροές. εισροών και καταπτώσεων).
4. ΜΟΡΦΗ ΑΠΑΝΤΗΣΕΩΝ 5. Μέτρα υποστήριξης Δεν χρειάζεται να αναφέρετε αναλυτικά μέτρα υποστήριξης εδώ αλλά να διαφοροποιήσετε σε ελαφριά-μέτρια-βαριά τα μέτρα κατά μήκος της σήραγγας (βλέπε παράδειγμα στην παρουσίαση). 4. Οι πλήρεις απαντήσεις σας θα σας βοηθήσουν στο διάβασμα για τις τελικές εξετάσεις (θα κατανοείτε τι διαβάζετε!!!) 5. Μην αντιγράψετε τα θεωρητικά στοιχεία που σας δίνονται στις παρουσιάσεις!!! Αυτά αποτελούν μόνο τη βάση για τις πιο εξειδικευμένες για την άσκηση απαντήσεις. 6. Οι καλές έως πολύ καλές ασκήσεις αξιολογούνται με ακόμα καλύτερο συντελεστή για τη τελική βαθμολογία (αυτό ισχύει τόσο για τους «οριακούς» όσο και για τους «υψηλότερους» βαθμούς). 7. Οι απαντήσεις δεν πρέπει να δίνονται πρόχειρα και επιγραμματικά. Οι ασκήσεις αυτές θα βαθμολογούνται αρκετά χαμηλά και δεν θα λαμβάνονται - θετικά υπόψη στο τέλος. 8. Οι «αντιγραφές» δεν θα λαμβάνονται βέβαια υπόψη. 1. Συμπληρώστε την τομή έτσι ώστε να φαίνονται ξεκάθαρα οι επαφές. Να σημειώνονται καθαρά οι τεκτονικές επαφές και μέσα στο στρώμα να τονίζονται στοιχεία της πιθανής ιστορίας του σχηματισμού (π.χ. μικροπτυχώσεις ή έντονος κερματισμός ή έντονη αποσάθρωση). Προσοχή: να σχεδιάζετε πάντα το τεχνικό έργο (εδώ άξονα της σήραγγας). 2. Δώστε τους τύπους βραχόμαζας σε πίνακα με τα χαρακτηριστικά τους (ποιότητα) Βιβλιογραφία Άσκησης Η άσκηση είναι τροποποιημένη έκδοση από τους Μαρίνος Π., Τσιαμπάος Γ. και Μαρίνος Β. (Μάθημα Τεχνικής Γεωλογίας, Σχολή Πολ. Μηχανικών, ΕΜΠ). 3. Για την συμπεριφορά χρησιμοποιήστε τους ταξινομημένους τύπους αστοχίας 4. Γενικά ότι απαντήσεις δίνεται προσπαθήστε να το δείξετε και κατα μήκος της σήραγγας αφού την χωρίσετε σε τμήματα. 5. Οι απαντήσεις να αιτιολογούνται! 6. Πολύ σημαντικό! Προτιμήστε σε αυτή την άσκηση να δουλέψετε τις απαντήσεις σε υπολογιστή. Έτσι θα φτιάξετε εύκολα πίνακες. Οι απαντήσεις να είναι συνοπτικές αλλά πλήρεις.
5. ΔΕΝΔΡΟΔΙΑΓΡΑΜΜΑ ΑΣΚΗΣΕΩΝ