11 η ΕΝΟΤΗΤΑ Μέθοδοι κατασκευής σηρράγων

ΣΧΟΛΗ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΕΜΠ ΔΟΜΙΚΕΣ ΜΗΧΑΝΕΣ & ΚΑΤΑΣΚΕΥΑΣΤΙΚΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ 11 η ΕΝΟΤΗΤΑ Μέθοδοι κατασκευής σηρράγων Διδάσκων: Σ. Λαμπρόπουλος

Άδεια Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες Χρήσης Creative Commons. για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άδεια χρήσης άλλου τύπου, αυτή πρέπει να αναφέρεται ρητώς.

Εισαγωγή Η «σύγχρονη» περίοδος των «υπογείων έργων» ξεκίνησε με την επιτακτική ανάγκη κατασκευής σιδηροδρομικών δικτύων, για την ανάπτυξη, κυρίως, των αλπικών σιδηροδρόμων και της προσπέλασης της δυτικής ακτής των Ηνωμένων Πολιτειών. 3

Εισαγωγή Η τάχιστη εξέλιξη του σύγχρονου πολιτισμού και η έντονη αστικοποίηση οδήγησαν στην ευρύτατη χρήση του «υπόγειου χώρου» με κατασκευές όπως, υπόγειος ή υποθαλάσσιος σιδηροδρόμος, υπόγειο ή υποθαλάσσιο οδικό δίκτυο, υπόγειοι αποθηκευτικοί χώροι και πλέον πρόσφατα υπόγειοι χώροι ποικίλης ανθρώπινης δραστηριότητας (καταστήματα, αθλητικά κέντρα, στρατιωτικές εγκαταστάσεις, κ.ά.). 4

Εισαγωγή Τα τελευταία τριάντα χρόνια ο κλάδος της μελέτης και κατασκευής υπογείων έργων παρουσιάζει πολύ μεγάλους ρυθμούς ανάπτυξης, με τη ζήτηση να αυξάνεται συνεχώς. 5

Εισαγωγή Τα υπόγεια έργα μπορούν να χωριστούν σε τρεις κατηγορίες: (α) σήραγγες (μεταλλευτικές, οδικές, σιδηροδρομι-κές, υδραυλικές και πεζών), (β) θάλαμοι (σταθμοί ενέργειας, αποθηκευτικοί χώ-ροι, σιδηροδρομικοί σταθμοί, χώροι ποικίλης αν-θρώπινης δραστηριότητας) και (γ) φρέατα (μεταλλευτικά, αερισμού σηράγγων, υδραυλικά έργα). 6

Εισαγωγή Στο ευρύτερο πλέγμα της μελέτης και κατασκευής των υπογείων έργων εμπλέκονται σχεδόν όλες οι ειδικότητες των μηχανικών (συγκοινωνιολόγοι, γεωτεχνικοί, μεταλλειολόγοι, στατικοί, υδραυλικοί, τοπογράφοι, αρχιτέκτονες, ηλεκτρολόγοι, μηχανο-λόγοι, ναυπηγοί, περιβαλλοντολόγοι) καθώς και οι γεωλόγοι. Απαιτείται σημαντική τεχνογνωσία από όλους όσους ασχολούνται με τα υπόγεια έργα και κυρίως, ιδιαίτερη εμπειρία, η οποία μπορεί να αποκτηθεί, μόνο με την συστηματική ενασχόληση επί τόπου των έργων. 7

Εισαγωγή Χαρακτηριστικά αναφέρεται ότι ο τίτλος του βι-βλίου για τις σήραγγες του K. Szechy (1973), εκ των θεμελιωτών της σύγχρονης σηραγγοποιϊας, είναι «The Art of Tunnelling», τίτλος με τον οποίο υποδηλώνεται η σημασία της κλίσης ταλέντου και της εμπειρίας. 8

Γενικά Στοιχεία Βασικές Έννοιες Οι οδικές και σιδηροδρομικές σήραγγες, στις οποίες θα αναφερθούμε στη συνέχεια, μπορούν να διακριθούν, κατά βάση, σε δύο κατηγορίες, αυτές που κατασκευάζονται υπογείως και στις υποθαλάσσιες. Οι υπογείως διανοιγόμενες σήραγγες χωρίζονται σε αυτές με διάτρηση (ανεξαρτήτως τρόπου εκσκαφής) και στις σήραγγες που δημιουργούνται με τη μέθοδο της εκσκαφής και επανεπίχωσης (Cut & Cover ή Cover & Cut). 9

Γενικά Στοιχεία Βασικές Έννοιες Οι υποθαλάσσιες ποντίζονται τμηματικά και θεμε-λιώνονται στον πυθμένα της θάλασσας (immersed tubes) ή αγκυρώνονται σε κάποιο βάθος (floating). 10

Κατασκευή τμήματος του στομίου εισόδου της Σήραγγας Ανθοχωρίου (Εγνατία Οδός Α.Ε., τμήμα Περιστέρι Μέτσοβο, 3.2) με τη μέθοδο της εκσκαφής και επανεπίχωσης (Cut & Cover) και τη δημιουργία προσωρινού φορέα. 11

Γενικά Στοιχεία Βασικές Έννοιες Η κατασκευή των υπογείως διανοιγόμενων σηράγ-γων περιλαμβάνει τέσσερεις φάσεις: (α) την εκσκαφή (excavation), (β) την εφαρμογή των μέτρων άμεσης υποστήριξης (primary support measures), (γ) την τελική επένδυση (final lining) και 12

Γενικά Στοιχεία Βασικές Έννοιες (δ) την εγκατάσταση των συστημάτων λειτουργίας (φωτισμός, αερισμός, ηλεκτρικό δίκτυο, σήμανση, παρακολούθηση, πυρόσβεση, κλπ). 13

Γενικά Στοιχεία Βασικές Έννοιες Το «έδαφος» (εδαφική ή βραχώδης μάζα) στη γεωτεχνική μηχανική δεν έχει προ-προσδιορι-σμένα και καθορισμένα μηχανικά χαρακτηριστικά και δεν συμπεριφέρεται όμοια στις διάφορες κατα-σκευές. Tοπικές ή σημειακές διαφοροποιήσεις του «εδάφους» είναι συχνά απροσδιόριστες με συνέ-πεια η συμπεριφορά του να αποκλίνει σε σημαντι-κό βαθμό από την εκτιμηθείσα. 14

Γενικά Στοιχεία Βασικές Έννοιες Η εντατική κατάσταση στην οποία ευρίσκεται το «έδαφος» καθορίζεται, κατά βάση, από το βάρος των υπερκειμένων και από τυχόν «εγκλωβισμέ-νες» τάσεις που οφείλονται σε τεκτονικά αίτια. Η εκσκαφή δύναται να εκτελεσθεί είτε με κλασ-σικές μεθόδους (χρήση μηχανικών μέσων / excavators, roadheaders ή εκρηκτικών / drill & blast) σε μία ή περισσότερες φάσεις είτε με μηχα-νοποιημένες μεθόδους (μηχανήματα ολομετώπου προσβολής TBM, EPB Shields, Slurry Shields Machines, OFS, κ.α). 15

Γενικά Στοιχεία Βασικές Έννοιες Στις αρχές της δεκαετίας του 70 εντάθηκε η προσπάθεια ομαδοποίησης της συσσωρευμένης γνώσης από την κατασκευή των υπόγειων έργων σε βραχόμαζες και δημιουργίας έμπειρων συστημάτων. Τα συστήματα αυτά ταξινομούν τη βραχόμαζα βάσει της χαρακτηριστικής τιμής δεδομένου δείκτη (RMR, GSI) και παρέχουν συστάσεις για τα μέτρα άμεσης υποστήριξης. 16

Διατρητικό φορείο με τρεις βραχίονες και βοηθητικό καλάθι 17

Μηχανή σημειακής προσβολής (roadheader) με διπλή κοπτική κεφαλή (κουκουνάρες) 18

Διάφορες μηχανές εκσκαφής με ασπίδα ανοικτού τύπου 19

Μηχάνημα ολομέτωπης κοπής για σκληρούς βράχους ανοικτής ασπίδας, Open Face Hard Rock TBM 20

Κεφαλή μηχανήματος ολομέτωπης κοπής, Earth Pressure Balanced Shield, EPB ΤΒΜ, για την κατασκευή της γραμμής Πεντάγωνο Σταυρός, του Αττικό μετρό 21

Ξετρύπημα μηχανήματος ολομέτωπης προσβολής για σκληρούς βράχους με ασπίδα, Shielded Hard Rock TBM (σήραγγα Zimmerberg, Ζυρίχη) 22

Το μεγαλύτερο μηχάνημα στον κόσμο ολομέτωπης προσβολής, διαμέτρου εσκαφής 14.20m, μικτής ασπίδας που θα χρησιμοποιηθεί στις νέες γραμμές του μετρό της Μόσχας, Mixed Shield TBM 23

Η κεφαλή του μεγαλυτέρου μηχανήματος στον κόσμο ολομέτωπης προσβολής, διαμέτρου εσκαφής 14.20m, μικτής ασπίδας που θα χρησιμοποιηθεί στις νέες γραμμές του μετρό της Μόσχας, Mixed Shield TBM. Διακρίνονται τα κοπτικά άκρα και οι οπές εξαγωγής του πολφού ή αφρού για την εξισορρόπηση των πιέσεων στο μέτωπο εκσκαφής 24

Γενικά Στοιχεία Βασικές Έννοιες Η πλέον διαδεδομένη μέθοδος διάνοιξης σηράγγων είναι η «Νέα Αυστριακή Μέθοδος» (ΝΑΤΜ). Η ΝΑΤΜ είναι ένα σύνολο τεχνικών διάνοιξης και άμεσης υποστήριξης σηράγγων. Ο όρος χρησιμοποιείται για να περιγράψει τη διάνοιξη σηράγγων με εκτεθειμένο το μέτωπο εκσκαφής και υποστήριξης του τοιχώματος της σήραγγας με εκτοξευόμενο σκυρόδεμα ή/και αγκύρια βράχου. 25

Γενικά Στοιχεία Βασικές Έννοιες Εναλλακτικοί τρόποι διάνοιξης είναι: α) με μηχανήματα ολομέτωπης κοπής ΤΒΜ, β) με προστατευτική ασπίδα (shield), γ) οποιαδήποτε άλλη μέθοδος διάνοιξης όπου η υποστήριξη του τοιχώματος της σήραγγας γίνεται χωρίς εκτοξευόμενο σκυρόδεμα. Η επιλογή της μεθόδου εκσκαφής εξαρτάται από την ποιότητα της βραχόμαζας. 26

Γενικά Στοιχεία Βασικές Έννοιες Πέραν όμως των μηχανικών χαρακτηριστικών της βραχόμαζας, υπάρχουν και άλλοι παράγοντες που επιδρούν καθοριστικά στην επιλογή της μεθόδου εκσκαφής: α) Δαπάνη επένδυσης β) Διαστάσεις και διατομή του έργου γ) Μήκος υπόγειου έργου 27

Γενικά Στοιχεία Βασικές Έννοιες δ) Εκτιμώμενες εναλλαγές γεωτεχνικών & γεωλογικών συνθηκών ε) Πρόγραμμα κατασκευής στ) Περιβαλλοντικοί περιορισμοί ζ) Κίνδυνοι που συνδέονται με τις διάφορες μεθόδους η) Περιορισμοί της μελέτης. 28

Μέτρα Άμεσης Υποστήριξης εφαρμογή εκτοξευόμενου σκυροδέματος (shotcrete), οπλισμένου με δομικό πλέγμα (wire mesh) ή ίνες (fibers), τοποθέτηση χαλύβδινων πλαισίων (steel ribs), διαφόρων ειδών όπως, άκαμπτα διατομής Ι ή Η, άκαμπτα ολισθαίνοντα Τ- Η (Toussaint-Heintzman) και δικτυωτά πλαίσια (lattice girders) τριγωνικής ή τετραγωνικής διατομής 29

Μέτρα Άμεσης Υποστήριξης τοποθέτηση παθητικών αγκυρίων (passive rock-bolts) ή αγκυρίων τριβής (friction bolts) όπως τα Swellex και τα Split Set ή προεντεταμένων αγκυρίων (prestressed anchors), και τέλος τοποθέτηση ράβδων (spiles) ή δοκών (forepoles) προπορείας ή/και αγκυρίων υαλοινών (fiberglass) για την «προενίσχυση» της οροφής και του μετώπου της εκσκαφής. 30

Τελική Επένδυση Η τελική επένδυση (final lining) των σηράγγων κατασκευάζεται από οπλισμένο έγχυτο σκυρόδεμα με χρήση ειδικού φορείου (μεταλλότυπος / shutter) ή από προκατασκευασμένα στοιχεία εξ οπλισμένου σκυροδέματος (precast elements). Στις εργασίες της τελικής επένδυσης συμπεριλαμ-βάνεται και το σύστημα υδατοστεγάνωσης (γεω-ύφασμα και γεωμεμβράνη). 31

Συστήματα Λειτουργίας Τα συστήματα λειτουργίας αναφέρονται στον φωτισμό (lighting), στον αερισμό (ventilation), όταν το μήκος του υπογείου έργου υπερβαίνει τα 500m, τα ηλεκτρικά δίκτυα, το σύστημα πυρόσβεσης, τα τηλέφωνα ασφαλείας, την σήμανση, τις κάμερες παρακολούθησης και το σύστημα απαγωγής των νερών του καταστρώματος. 32

Συστήματα Λειτουργίας Σε σήραγγες μήκους μεγαλυτέρου των 400m κατα-σκευάζονται εγκάρσιοι διάδρομοι προσπέλασης (cross passages) για τη διαφυγή των χρηστών του έργου σε περίπτωση πυρκαϊας. Στην περίπτωση δίδυμων σηράγγων οι διάδρομοι συνδέουν τους δύο κλάδους, ενώ σε σήραγγα μονού κλάδου οδηγούν σε προσπελάσιμο χώρο στην επιφάνεια. 33

Συγκεντρωτικός Πίνακας του Ελάχιστου Απαιτούμενου Η/Μ Εξοπλισμού για την ασφάλεια των σηράγγων βάσει της Ευρωπαϊκής Οδηγίας 2004/54/ΕΚ 34

35

36

Κατασκευαστικές Θεωρήσεις Η κατασκευή οποιουδήποτε υπογείου έργου απαιτεί αυστηρή τήρηση του προγράμματος εργασίας (planning) και των διαδικασιών διαχείρισης του έργου (managerial procedures), τα οποία βασίζονται σε σημαντικό βαθμό στην εκπονηθείσα μελέτη και τις προβλέψεις αυτής, ούτως ώστε να διασφαλίζονται: 37

Κατασκευαστικές Θεωρήσεις (α) η ασφάλεια του έργου, των εργαζομένων και των παρακείμενων κατασκευών (εάν δύναται να επηρεασθούν από τη διάνοιξη της σήραγγας), (β) η οικονομία της κατασκευής και (γ) η τήρηση του χρονοδιαγράμματος κατασκευής. 38

Κατασκευαστικές Θεωρήσεις Οι βασικές αρχές του προγραμματισμού και διαχείρισης των δραστηριοτήτων της κατασκευής συνοψίζονται στα ακόλουθα: 1. Κατανόηση των εδαφικών συνθηκών και της συμπεριφοράς της περιβάλλουσας τη σήραγγα μάζας. 2. Επιλογή της πλέον κατάλληλης κατασκευαστικής μεθόδου για την επίτευξη συνθηκών ασφαλείας, οικονομίας και τήρησης του χρονικού προγραμματισμού. 39

Κατασκευαστικές Θεωρήσεις 3. Καθιέρωση αρχών και τεχνικών προγραμματισμού και προγράμματος εργασιών. 4. Προετοιμασία τεύχους αρχών μεθοδολογίας κατασκευής (method statement), όπου θα περιλαμβάνεται ανάλυση των επιμέρους κινδύνων (risk analyses) και επιλογή μεθόδων εξάλειψης ή ελαχιστοποίησης και διαχείρισης των κινδύνων αυτών. 40

Κατασκευαστικές Θεωρήσεις 5. Πρόβλεψη οργάνωσης ομάδων διαχείρισης και επίβλεψης τη κατασκευής, συμπεριλαμβανομένων των απαιτούμενων πόρων (ανθρώπινο δυναμικό και υλικά) καθώς και των προσωρινών εργασιών, μαζί με τις μελετητικές απαιτήσεις αυτών. 41

Κατασκευαστικές Θεωρήσεις 6. Κατάστρωση προγράμματος εφαρμογής, διαχείρισης και λήψης δεδομένων των πάσης φύσεως επί τόπου μετρήσεων, προ, κατά τη διάρκεια και μετά την κατασκευή (όπου απαιτείται) και αποσαφήνιση των οροσήμων σχετικά με τις συνθήκες ασφάλειας, την παραγωγικότητα, την ποιότητα, την πρόοδο και τις απαιτήσεις τυχόν άλλων μερών. 42

Κατασκευαστικές Θεωρήσεις Επισημαίνονται και οι ακόλουθοι κίνδυνοι κατά τη διάνοιξη υπογείων έργων: α) Καθιζήσεις σε παρακείμενες κατασκευές, β) Απρόβλεπτα εμπόδια εξαιτίας άγνωστων γειτνιαζουσών κατασκευών, γ) Διασταυρώσεις ή συνδέσεις της σήραγγας με υφιστάμενες υπέργειες ή υπόγειες κατασκευές. 43

Κατασκευαστικές Θεωρήσεις Η γενική αρχή της κατασκευής της σήραγγας ακολουθεί την εξής σειρά: α. Τοποθέτηση ράβδων ή δοκών προπορείας, όπου απαιτείται, για την προενίσχυση της οροφής και του μετώπου εκσκαφής. β. Εκσκαφή δεδομένου σταδίου. γ. Αερισμός μετώπου. δ. Αποκομιδή προϊόντων εκσκαφής. 44

Κατασκευαστικές Θεωρήσεις ε. Εργασίες ξεσκαρώματος (scaling) για την απομάκρυνση επικρεμάμενων όγκων και τη διαμόρφωση το δυνατόν ομαλής επιφανείας εκσκαφής. στ. Αρχική επιδερμική στρώση εκτοξευόμενου σκυροδέματος, πάχους λίγων εκατοστών, για την επίτευξη συνθηκών ασφαλείας του προσωπικού και την αποτροπή μικροασταθειών και επιπρόσθετης χαλάρωσης μέχρι την ολοκλήρωση των μέτρων υποστήριξης. ζ. Τοπογράφηση εκσκαφής. 45

Κατασκευαστικές Θεωρήσεις η. Τοποθέτηση πρώτης στρώσης δομικού πλέγματος, εάν το εκτοξευόμενο σκυρόδεμα προβλέπεται οπλισμένο με δομικό πλέγμα. θ. Τοποθέτηση χαλύβδινου πλασίου. ι. Στρώση εκτοξευόμενου σκυροδέματος, στο 50 80 % του στατικώς προβλεπόμενου πάχους. κ. Τοποθέτηση αγκυρίων, στον καθορισμένο από τη μελέτη κάνναβο. λ. Τοποθέτηση δεύτερης στρώσης δομικού πλέγματος εάν το εκτοξευόμενο σκυρόδεμα προβλέπεται οπλισμένο με δομικό πλέγμα. 46

Κατασκευαστικές Θεωρήσεις μ. Εφαρμογή τελικής στρώσης εκτοξευόμενου σκυροδέματος και ολοκλήρωση του στατικώς απαιτούμενου πάχους. ν. Εφαρμογή στρώσης εκτοξευόμενου σκυροδέματος εξομά λυνσης της περιμέτρου της σήραγγας και προστασίας του συστήματος υδατοστεγάνωσης. ξ. Τοποθέτηση συστήματος υδατοστεγάνωσης και απορροής των νερών της βραχόμαζας. ο. Ανάρτηση οπλισμού τελικής επένδυσης. π. Σκυροδέτηση τελικής επένδυσης. 47

Ενδεικτικός κύκλος εργασιών κατά την εφαρμογή της μεθόδου διάνοιξης με διατρήσεις και ανατινάξεις 48

49

Διάταξη «τύπου Ι» πολυσταδιακής εκσκαφής και κατά μήκος ανάπτυξη των εργασιών 50

Διάταξη «τύπου ΙΙ» πολυσταδιακής εκσκαφής και κατά μήκος ανάπτυξη των εργασιών 51

Διάταξη «τύπου ΙΙΙ» πολυσταδιακής εκσκαφής και κατά μήκος ανάπτυξη των εργασιών 52

Κατά μήκος ανάπτυξη των εργασιών εκσκαφής για την κατασκευή υπογείου θαλάμου 53

Κατασκευαστικές Θεωρήσεις Το είδος και τα υλικά των μέτρων άμεσης υποστήριξης θα πρέπει σε κάθε περίπτωση να είναι τέτοια ώστε να επιτρέπουν την ταχεία και αποτελεσματική εφαρμογή τους, με σκοπό την αποφυγή καθυστερήσεων τόσο στον κύκλο εργασίας όσο και στην ολοκλήρωση της τοποθέτησής τους. 54

Κατασκευαστικές Θεωρήσεις Το βήμα προχώρησης θα πρέπει να είναι τέτοιο ώστε, τα μέτρα άμεσης υποστήριξης να τοποθετούνται εγκαίρως και όπως προβλέπεται από τη μελέτη, ώστε να λειτουργούν βέλτιστα, σε συνεργασία με το περιβάλλον υλικό και να επιτυγχάνεται η αποφυγή της ανεπιθύμητης χαλάρωσης της βραχόμαζας και συνεπώς ο επιθυμητός βαθμός ασφαλείας. 55

Στόμια Σηράγγων Στα στόμια σηράγγων υιοθετείται η ελάχιστη δυνατή παρέμβαση με τη χρήση τεχνολογίας γεωτεχνικών κατασκευών, όπως δοκοί προπορείας βαρέως και ελαφρού τύπου, προ-αγκυρώσεων, τσιμεντενέσεων, χαλύβδινων πλαισίων (ή προπλαισίων) κλπ. για την φιλικά και αισθητικά αποδεκτή ένταξη των έργων στο φυσικό τους περιβάλλον. 56

ΣΗΡΑΓΓΑ Σ13 ΣΤΟΜΙΟ ΕΞΟΔΟΥ ΚΕΝΤΡΙΚΟΣ ΤΟΜΕΑΣ 57

ΣΗΡΑΓΓΑ Σ13 ΣΤΟΜΙΟ ΕΞΟΔΟΥ ΚΕΝΤΡΙΚΟΣ ΤΟΜΕΑΣ 58

Εκτοξευόμενο Σκυρόδεμα (Ε.Σ.) Για την εφαρμογή του Ε.Σ. χρησιμοποιούνται η υγρή ή η ξηρή μέθοδος και κατάλληλη μηχανή εκτόξευσης. Στην ξηρή μέθοδο το απαιτούμενο νερό για την ενεργοποίηση του τσιμέντου προστίθεται στην κεφαλή εκτόξευσης, ενώ στην υγρή μέθοδο το μεταφερόμενο μίγμα περιέχει την απαιτούμενη ποσότητα νερού. 59

Μειονεκτήματα της ξηρής μεθόδου (α) το υψηλό κόστος συντήρησης της πρέσσας, (β) η παραγωγή κονιορτού στο χώρο εργασίας και ιδιαίτερα στο ακροφύσιο εκτόξευσης, που επηρεάζει τόσο την υγεία των εργαζομένων όσο και τη λειτουργία των λοιπών παραγωγικών μηχανημάτων της σήραγγας, 60

Μειονεκτήματα της ξηρής μεθόδου (γ) το υψηλό ποσοστό αναπήδησης, (δ) η χαμηλή παραγωγικότητα, (ε) η διατήρηση χαμηλού υγρασίας των αδρανών ποσοστού (στ) η αδυναμία εφαρμογής ινοπλισμένου Ε.Σ., λόγω του υψηλού ποσοστού αναπήδησης. 61

Πλεονεκτήματα της ξηρής μεθόδου (α) χαμηλό κόστος επένδυσης σε εξοπλισμό, (β) σχετικά απλή συντήρηση, (γ) διαθέσιμο ανά πάσα στιγμή καθότι παρασκευάζεται επί τόπου και μπορεί να παραχθεί σε μικρές ποσότητες, (δ) ο εξοπλισμός μπορεί να χρησιμοποιηθεί για επιγόμωση των διατρημάτων, (ε) μπορεί να εφαρμοσθεί σε πολύ υγρές επιφάνειες. 62

Μειονεκτήματα της υγρής μεθόδου: (α) ιδιαίτερες απαιτήσεις για τα αδρανή υλικά, (β) πρέπει να αποφεύγονται οι σημαντικές διακοπές κατά την εφαρμογή του Ε.Σ., (γ) το κόστος καθαρισμού, ιδιαίτερα όταν οι προς εκτόξευση ποσότητες είναι μικρότερες των 10m 3. 63

Πλεονεκτήματα της υγρής μεθόδου: (α) διάστρωση στρώσεων μεγαλυτέρου πάχους λόγω ειδικών πρόσμικτων, (β) καθαρότερο περιβάλλον εργασίας, (γ) μικρό ποσοστό αναπήδησης, (δ) καθορισμένος και σταθερός λόγος νερού προς τσιμέντο, (ε) καλύτερη πρόσφυση, (στ) μεγαλύτερη θλιπτική αντοχή τελικού προϊόντος, 64

Πλεονεκτήματα της υγρής μεθόδου: (ζ) σημαντικά μεγαλύτερη παραγωγικότητα και οικονομία, (η) η χρήση ινών ως οπλισμού του Ε.Σ. και νέων βελτιωμένων πρόσμικτων, (θ) χαμηλότερη κατανάλωση αέρα υπό πίεση, (ι) τα αδρανή μπορεί να είναι και διϋγραμένα. 65

Εκτοξευόμενο Σκυρόδεμα (Ε.Σ.) Ο οπλισμός του εκτοξευόμενου σκυροδέματος μπορεί να είναι δομικό πλέγμα (συνήθως Τ131) ή χαλύβδινες ίνες (35kg/m 3-60kg/m 3 ). 66

Ενέργεια Θραύσης ινοπλισμένου Ε.Σ. και οπλισμένου με δομικό πλέγμα Ε.Σ. 67

Χαλύβδινα Πλαίσια Τα χαλύβδινα πλαίσια (steel ribs) που τοποθετού-νται στις σήραγγες είναι διαφόρων ειδών και δια-τομών όπως, άκαμπτα διατομής Ι ή Η, συνήθεις διατομές 120 έως 180, άκαμπτα ολισθαίνοντα Τ-Η, σε βραχομάζες που εκδηλώνουν σημαντικές παρα-μορφώσεις και δικτυωτά πλαίσια (lattice girders) τριγωνικής ή τετραγωνικής διατομής, με εγκάρ-σιους συνδέμους και συνήθεις διαστάσεις ράβδων Φ25 έως Φ32. 68

Χαλύβδινα Πλαίσια Οι αποστάσεις των χαλύβδινων πλαισίων κυμαίνο-νται μεταξύ 0.6m - 1.5 m και τοποθετούνται σε κά-θε βήμα προχώρησης. Κάθε πλαίσιο αποτελείται από επιμέρους τμήματα, τα οποία ενώνονται μετα-ξύ τους με κατάλληλο σύστημα φλαντζών και βιδών ή συνδέσμων και συναρμολογούνται αμέ-σως πριν την τοποθέτησή τους. Τα γεωμετρικά στοιχεία των πλαισίων καθορίζονται από τις δια-στάσεις εκσκαφή. 69

Αγκύρια Διακρίνονται δύο βασικές κατηγορίες αγκυρίων τα παθητικά και τα προεντεταμένα. Στα παθητικά αγκύρια το σώμα του αγκυρίου μέσα στο διάτρημα είναι πλήρως πακτωμένο, με συνέ-πεια το αγκύριο να μη δύναται να προενταθεί και τα οποία φορτίζονται με τη μετακίνηση της βραχό-μαζας. 70

Αγκύρια Στα προεντεταμένα αγκύρια τμήμα μόνο του σώ-ματος των πακτώνεται με ένεμα, με συνέπεια να είναι εφικτή η προέντασή τους, με δύο σημεία εφαρμογής της δύναμης, το πακτωμένο τμήμα και την πλάκα αγκύρωσης. 71

Αγκύριο ολόσωμης πάκτωσης με τσιμεντένεμα Αγκύριο ολόσωμης πάκτωσης με ρητίνη 72

Αγκύρια Ένα διαφορετικό είδος αγκυρίων είναι τα αγκύρια τριβής, τύπου Swellex ή τύπου Split Set. Τα αγκύρια Swellex είναι κυκλικής διατομής κοίλες σωλήνες, τα οποία εισέρχονται εντός του διατρή-ματος και εκτείνονται με χρήση αντλίας νερού οπότε έρχονται σε επαφή με τα τοιχώματα του διατρήματος, όπου ασκούν ακτινικές πιέσεις, ενώ παράλληλα λειτουργεί και η τριβή που αναπτύσ-σεται μεταξύ του σωλήνα και των παρειών του διατρήματος. 73

Αγκύρια Τα αγκύρια Spil set, αποτελούνται από κοίλη σωλήνα που φέρει εγκοπή σε όλο το μήκος της, μεγαλυτέρας διαμέτρου από το διάτρημα, στο οποίο εισέρχονται με κρουστικό τρόπο. 74

Τοποθέτηση αγκυρίων τριβής Swellex Οι δράσεις των αγκυρίων τριβής Swellex 75

Διάγραμμα φόρτισης παραμόρφωσης για διάφορους τύπους αγκυρίων 76

Αγκύρια Τα προεντεταμένα αγκύρια δύναται να είναι μονής ράβδου (monobar) ή συρματόσχοινα καλώδια (cables) περισσοτέρου του ενός κλώνου. Η τοποθέτησή τους προϋποθέτει την όρυξη διατρήματος με την τεχνική της εισπίεσης ενέματος και ακολού-θως επαναδιάτρηση, ούτως ώστε η βραχόμαζα πέριξ του διατρήματος να ισχυροποιηθεί και να μπορεί να φέρει με ασφάλεια το φορτίο προέντα-σης, και ακολούθως την εισαγωγή του αγκυρίου και την πάκτωσή του στο κατάλληλο μήκος. 77

Αγκύρια Τα τελευταία χρόνια έχουν εμφανιστεί και αγκύρια από υαλοίνες (fiberglass) και ανθρακοίνες (carbon fiber), τα οποία τυγχάνουν εφαρμογής ως μέσα προενίσχυσης του μετώπου της εκσκαφής. Μειονεκτήματά τους είναι: (α) η διαφοροποίηση της δομής τους σε σύντομο χρονικό διάστημα, ιδιαίτερα σε αλκαλικό περιβάλλον, (β) το κόστος και 78

Αγκύρια (γ) οι απαιτήσεις ειδικού συστήματος συγκράτησης της κεφαλής των για την ανάληψη σημαντι-κών φορτίων. Η εξέλιξη όμως των υλικών θα τα καταστήσει ιδιαίτερα ελκυστικά τα επόμενα χρόνια καθότι τα μειονεκτήματα τους τείνουν να λυθούν, το βάρος και οι διαστάσεις τους είναι πολύ μικρά, εν συγκρίσει με τα συνήθη αγκύρια, ενω μπορούν να μεταφερθούν σε ρολά και να κόβονται στο επιθυμητό μήκος επί τόπου του έργου. 79

Στοιχεία Προενίσχυσης Στις περιπτώσεις διάνοιξης σηράγγων σε εδαφικά υλικά ή βραχόμαζες πτωχών μηχανικών χαρακτη-ριστικών, σε μικρά βάθη, για τη μείωση των πρό-δρομων διαταραχών του περιβάλλοντος μέσου, για την ελαχιστοποίηση των καθιζήσεων ή/και για τη μείωση των υπερεκσκαφών, εφαρμόζονται στην οροφή της σήραγγας στοιχεία προενίσχυσης. Με τα στοιχεία προενίσχυσης, που διατάσσονται σε δακτύλιο ή δακτυλίους στην περίμετρο του υπο-γείου ανοίγματος, επιτυγχάνεται η δημιουργία βελ-τιωμένης ζώνης υλικού. 80

Τα Στοιχεία Προενίσχυσης είναι: 1. Ράβδοι (spiles) δομικού χάλυβα ή αυτοδιατρούμενα αγκύρια. 2. Δοκοί (forepoles) προπορείας (κοίλες σωλήνες παχέων τοιχωμάτων). 3. Εδαφοπάσσαλοι με ενέματα υψηλής πίεσης (jet grouting). 4. Δομικά στοιχεία (Durglass) αποτελούμενα από σωλήνες διοχέτευσης ενεμάτων υπό πίεση και αγκύρια fiberglass. 81

Διάταξη δακτυλίων στοιχείων προενίσχσυσης πέριξ της οροφής της σήραγγας για τη δημιουργία ζώνης υλικού με βελτιωμένα μηχανικά χαρακτηριστικά 82

Γεωτεχνικές Μετρήσεις Αποφασιστικής σημασίας για την ευστάθεια και την ασφάλεια του υπογείου έργου έχει η τοπο-θέτηση των γεωτεχνικών οργάνων και η λήψη των απαραίτητων μετρήσεων. Τα αποτελέσματα των γεωτεχνικών μετρήσεων αξιολογούνται συνεχώς και συστηματικά ώστε να ελέγχονται, (α) οι παραδοχές της μελέτης, (β) η συμπεριφορά του συστήματος «Σήραγγα / Περιβάλλον μέσο», 83

Γεωτεχνικές Μετρήσεις (γ) η επάρκεια των προβλεπόμενων μέτρων άμε-σης υποστήριξης της Σήραγγας, (δ) η αποτελεσματικότητα των στοιχείων - μέτρων ενίσχυσης / βελτίωσης της εδαφικής μάζας, (ε) η παραγωγική ροή των εργασιών, (στ) η ποιότητα της εκσκαφής, (ζ) η συμπεριφορά παρακείμενων κτισμάτων και (η) η έκταση και η ένταση της ζώνης επιρροής της σήραγγας. 84

Ενδεικτικά Στοιχεία Κόστους Το κόστος των περισσοτέρων εργασιών συνδέεται άμεσα με τη χρονική διάρκειά τους. Οι ποινικές ρήτρες που πιθανόν να προβλέπονται σε περίπτωση καθυστέρησης του χρονοδιαγράμματος (επιμέρους ή ολικού) μπορεί να είναι σημαντικές, όπως και επίσης και τα οφέλη από τυχόν επιτάχυνσή του. Καθοριστικά στοιχεία τήρησης του χρονοδιαγράμματος αποτελούν: 85

Ενδεικτικά Στοιχεία Κόστους α) η διαθεσιμότητα του εξοπλισμού, β) η υπευθυνότητα και εκπαίδευση του προσωπικού και γ) η ορθή οργάνωση της αποθήκης και των συνεργείων επιδιόρθωσης και συντήρησης. 86

Ενδεικτικά Στοιχεία Κόστους Παρακάτω αναλύονται τα στοιχεία κόστους που αφορούν την πλήρη κατασκευή υπόγειας οδικής σήραγγας. Έχουν προκύψει από 54 χιλιόμετρα σηράγγων που έχουν ολοκληρωθεί κατά μήκος του αυτοκινητοδρόμου της Εγνατίας Οδού (Ιούλιος 2005). Έχει διαπιστωθεί ότι κυρίαρχος παράγοντας στη διαμόρφωση του τελικού κόστους διάτρησης των σηράγγων είναι οι γεωλογικές και γεωτεχνικές συνθήκες. 87

Η/Μ 14% Στόμια 3% Λοιπά 4% Τελική Επένδυση 17% Εκσκαφή και Υποστήριξη 62% 88

χλμ. 40 35 30 25 20 15 10 5 0 34 21 5 < 15.000 15.000-30.000 > 30.000 Κατηγορίες κόστους ( /μ) 89

Ενδεικτικά Στοιχεία Κόστους Το μέσο κόστος κατασκευής σηράγγων στην Εγνατία Οδό έχει υπολογισθεί σε τιμές 2003 σε 17.000 /μ (ανά κλάδο). Προστίθενται τα Γενικά έξοδα και το Εργολαβικό Όφελος 18% και η αναθεώρηση των τιμών μονάδος, ενώ δεν περιλαμβάνεται ο ΦΠΑ. 90

ΟΛΙΣΤΙΚΗ ΠΡΟΣΕΓΓΙΣΗ Η επιτυχία της κατασκευής δεδομένης σήραγγας προϋποθέτει: α) Βελτιστοποίηση της μεθοδολογίας εκσκαφής β) Κατάλληλη επιλογή και βελτιστοποίηση του χρησιμοποιούμενου εξοπλισμού γ) Ακριβή τοπογράφηση της σήραγγας δ) Αυστηρό καθορισμό της γραμμής εκσκαφής της σήραγγας δ) Ακρίβεια στη διάταξη των διατρημάτων και εξειδικευμένη μελέτη των χαρακτηριστικών των ανατινάξεων ε) Συνεχή αξιολόγηση και επαναπροσδιορισμό των δεδομένων από επιμέρους στοιχεία της κατασκευής. 91

ΟΛΙΣΤΙΚΗ ΠΡΟΣΕΓΓΙΣΗ Στο επόμενο σχήμα παρατίθεται το λογικό διάγραμμα ροής και μελέτης κατασκευής υπόγειου έργου. 92

Πριν την κατασκευή Σύλληψη του έργου Εναλλακτικές λύσεις ΌΧΙ Προεκτίμηση Δαπάνης Κατασκευής Αποδεκτή Δαπάνη από τον ΚτΕ Γενικές αρχές σχεδιασμού της μελέτης Γεωλογικές και Γεωτεχνικές έρευνες ΝΑΙ Οριστικοποίηση χάραξης, καθορισμός μηχανικών χαρακτηριστικών γεωυλικών και κριτηρίων μελέτης. Κατασκευαστικές Θεωρήσεις. Ανεξάρτητος έλεγχος μελέτης Ανάλυση ρίσκου Κατά την κατασκευή Μελέτη Άμεσης Υποστήριξης Μελέτη Τελικής Επένδυσης Σχέδια διατομών σήραγγας, Κατασκευαστικά σχέδια, Τεχνικές Προδιαγραφές Εργασίες εκσκαφής και άμεσης υποστήριξης Λεπτομερείς αρχές σχεδιασμού της μελέτης * Τεύχη Μελέτης * Κριτήρια Αποδοχής Εργασιών *Τεύχος Διαδικασιών Επόμενη διατομή σήραγγας Γεωτεχνικές Μετρήσεις και Αξιολόγησή τους Εργασίες ισχυροποίησης του κελύφους Μετά την κατασκευή Αποδεκτή συμπεριφορά ΝΑΙ Κατασκευή της τελικής επένδυσης Προγραμματισμένες επιθεωρήσεις και συντήρηση Σχήμα 20: Λογική ροή δραστηριοτήτων πριν, κατά και μετά τη διάρκεια κατασκευής ΟΧΙ * Πρόσθετες έρευνες * Ανάδρομες αναλύσεις *Μελέτη ισχυροποίησης μέτρων υποστήριξης * Επανασχεδιασμός επόμενων διατομών *Αναθεώρηση κριτηρίων αποδοχής * Αναθεώρηση γεωτεχνικών μετρήσεων 93

Γεωλογικό προσομοίωμα? Επιτόπου συνθήκες? Ταξινομήσεις? Συγκλίσεις- Καταπτώσεις- Νερά? Παράμετροι? Κόστος? Άμεση υποστήριξη? 94

Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα Πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοιχτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα Ε.Μ.Π.» έχει χρηματοδοτήσει μόνο την αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση.