Ασκήσεις Τεχνικής Γεωλογίας 8 η Άσκηση

Ασκήσεις Τεχνικής Γεωλογίας 8 η Άσκηση Αξιολόγηση τεχνικογεωλογικών συνθηκών κατά μήκος σήραγγας Β.Χρηστάρας Β. Μαρίνος Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας και Υδρογεωλογίας

ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΤΕΧΝΙΚΗΣ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ 8 η Άσκηση Σκοπός άσκησης: Η άσκηση επικεντρώνεται: Στην κατασκευή γεωλογικής τομής σήραγγας από επιφανειακές εμφανίσεις και γεωτρήσεις. Στον ορισμό τεχνικογεωλογικών τύπων (βραχόμαζας ή εδάφους). Στην εκτίμηση τεχνικογεωλογικής συμπεριφοράς (καταπτώσεις, συγκλίσεις, εισροές) κατά μήκος της σήραγγας. Στην προσέγγιση μέτρων άμεσης υποστήριξης (ποιοτικά).

ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ Εφαρμογή του σχεδιασμού Εκτίμηση των συνθηκών του εδάφους στον σχεδιασμό για την κατασκευή του έργου 1. Γεωλογικές συνθήκες 2. Μετάφρασή τους σε τεχνικογεωλογική συμπεριφορά ΓΕΩΛΟΓΙΚΟ ΠΡΟΣΟΜΕΙΩΜΑ 3. Τύπος γεωυλικού ιδιότητες + Περιβάλλον(τασικό πεδίο, υπόγεια νερά) ΜΟΝΤΕΛΟ ΓΕΩΥΛΙΚΟΥ Συμπεριφορά γεωυλικού έναντι αστοχίας Επιλογή των σωστών γεωτεχνικών παραμέτρων και των κατάλληλων κριτηρίων τεχνικής συμπεριφοράς ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ χρήση εμπειρικών, αναλυτικών-αριθμητικών μεθόδων

Μέθοδοι διάτρησης σηράγγων Οι μέθοδοι που χρησιμοποιούνται για τη διάνοιξη των σηράγγων είναι οι παρακάτω: Συμβατική μέθοδος διάνοιξης Με εκτίναξη Με απλά μέσα μηχανικής εκσκαφής Διάνοιξη με μηχανοποιημένο τρόπο (μηχάνημα ολομέτωπης κοπής -ΤΒΜ)

Σήραγγεσ με διάτρηση

Σήραγγεσ με διάτρηση Διάτρηση με «τσάπα» (μηχανική εκσκαφή)

Σήραγγεσ με διάτρηση (ΕΔΩ ΜΕ ΕΚΡΗΚΤΙΚΑ)

Η μηχανοποιημένη μέθοδοσ διάνοιξησ σηράγγων TBM TBM (Tunnel Boring Machine) ή αλλιώς... Μετροπόντικες Μηχάνημα Μονής Ασπίδας (Single Shield TBM)

Αστοχίες μέτρων προσωρινής υποστήριξης σήραγγας - Δημιουργία αστοχίας 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. i. 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. ii.κατάπτωση τύπου καμινάδας (πολλά τεμάχη) ή καταρροή βραχόμαζας (συνεχής πτώση πολλών μικρών

Τύποι συμπεριφοράς της βραχόμαζας Ευσταθής Σφηνοειδείς ολισθήσεις αποκολλήσεις Παραμορφώσεις (μικρές ή μεγαλύτερες) με την εκδήλωση διατμητικών αστοχιών σε ζώνη περιμετρικά της σήραγγας Εκτίναξη βράχων Καταρροή γεωυλικού Ροή γεωυλικού με νερό Διόγκωση Ανισότροπες παραμορφώσεις

Κατηγορίες Τεχνικογεωλογικής Συμπεριφοράς

Βήματα σχεδιασμού σήραγγας Προσδιορισμός των τύπων βραχόμαζας Πρέπει να βασιστεί στην οριοθέτηση των παραμέτρων (αντοχής και παραμορφωσιμότητας) εκείνων όπου καθορίζουν τη συμπεριφορά της βραχόμαζας και επηρεάζουν τη μέθοδο διάνοιξης, το χρόνο και το κόστος Έτσι ένας τύπος βραχόμαζας είναι ένα σύνολο γεωυλικών με όμοιες μηχανικές, φυσικές ή και υδραυλικές ιδιότητες και όχι απαραίτητα ίδιων λιθολογιών. Ο αριθμός των τύπων αυτών εξαρτάται από τις επιτόπου συνθήκες γεωλογίας.

Βήματα σχεδιασμού σήραγγας Προσδιορισμός των τύπων βραχόμαζας Καθορισμός τύπων βραχόμαζας με βάσει: 1. Λιθολογία 2. Κερματισμός δομή (τεκτονισμός αλλά και στοιχεία γέννεσης όπως στρώσειςσχιστότητα) 3. Χαρακτηριστικά αποσάθρωσης 4. Χαρακτηριστικά περατότητας

Βήματα σχεδιασμού σήραγγας Εκτίμηση της συμπεριφοράς των βραχομαζών Εκτίμηση της εν δυνάμει απόκρισης της βραχόμαζας στην εκσκαφή της ανάλογα με τις επιτόπου συνθήκες (τάσεων, υπογείων νερών, προσανατολισμού ασυνεχειών σε σχέση με τη σήραγγα κ.α.) Η συμπεριφορά της βραχόμαζας, εδώ, ορίζεται ως η αντίδρασή της στην εκσκαφή σε ένα υπόγειο άνοιγμα χωρίς όμως να λαμβάνονται υπόψη οι διαδικασίες υποστήριξης και αλληλεπίδρασης με άλλες φάσεις.

Βήματα σχεδιασμού σήραγγας Εκτίμηση της συμπεριφοράς των βραχομαζών Ο διαχωρισμός της συμπεριφοράς κατά μήκος της σήραγγας: ομογενοποίηση όμοιων τεχνικογεωλογικών τύπων βραχόμαζας (και επιτόπου συνθηκών (π.χ. ύψος υπερκειμένων). Κάθε τμήμα θα πρέπει να ελέγχεται για διάφορους πιθανούς μηχανισμούς αστοχίας πρέπει να εφαρμόζονται διάφοροι μέθοδοι ανάλυσης (τόσο για βαρυτικές όσο και για παραμορφωσιακές αστοχίες).

Βήματα σχεδιασμού σήραγγας Εκτίμηση της συμπεριφοράς των βραχομαζών Παράδειγμα: μια κερματισμένη βραχόμαζα μπορεί να αστοχεί και να δημιουργεί υπερεκσκαφή τύπου καμινάδας κάτω από συνθήκες μικρής πλευρικής πίεσης. Η ίδια βραχόμαζα κάτω από μέτριες πιέσεις μπορεί να είναι ευσταθής ενώ σε μεγάλες μπορεί να προκαλέσει παραμορφώσεις με διατμητικές αστοχίες.

Βήματα σχεδιασμού σήραγγας Καθορισμός του συστήματος εκσκαφής και υποστήριξης βασισμένο σε τύπους συμπεριφοράς Αξιολογείται η βραχόμαζα μέσα σε ένα τύπο συγκεκριμένης συμπεριφοράς με ενσωματωμένα όμως την εκσκαφή και τα μέτρα άμεσης υποστήριξης. Αξιολογείται πλέον όλο το σύστημα που πρέπει να καλύπτει τις απαιτήσεις του συγκεκριμένου υπόγειου έργου και οι περιορισμοί του. Άλλοι περιορισμοί: Παράδειγμα: μια βραχόμαζα με μια συγκεκριμένη συμπεριφορά μπορεί να μην απαιτεί ισχυρά μέτρα υποστήριξης σε ένα μη αστικό περιβάλλον αλλά σε μία αστική περιοχή, όπου απασχολούν πρωταρχικά οι καθιζήσεις, η βραχόμαζα πρέπει να υποστηριχθεί με ένα πιο ισχυρό κέλυφος.

Βασικά μέτρα προσωρινής υποστήριξης σήραγγας Εκτοξευόμενο σκυρόδεμα (μαζί με μεταλλικό πλέγμα και μεταλλικές ίνες οπλισμού. Αγκύρια βράχου Μεταλλικά πλαίσια Ελαφρά βλήτρα προπορείας (Spiles) Ομπρέλα βαριών δοκών προπορείας (Forepole umbrella) Προσωρινό ανάστροφο τόξο Αποστραγγιστικές και ανακουφιστικές οπές

Μέτρα προσωρινής υποστήριξης σήραγγας Χαρακτηριστική διατομή μέτρων προσωρινής υποστήριξης για ασθενή βραχόμαζα με κατασκευή σε 2 οριζόντιες ημιδιατομές. Η ανάγκη, τα μεγέθη, οι ποσότητες και ο συνδυασμός των διαφόρων στοιχείων προκύπτει από αριθμητική ανάλυση και από βελτιστοποιήσεις με ενόργανη, αξιόπιστη, παρακολούθηση. Το βήμα προχώρησης εδώ δύσκολα ξεπερνά το 1m την ημέρα.

Μέτρα προσωρινής υποστήριξης σήραγγας Διαμήκης τομή σήραγγας υπό διάνοιξη υποστήριξης για ασθενή βραχόμαζα με κατασκευή σε 2 οριζόντιες ημιδιατομές

Παραδείγματα υποστήριξης Μία βραχόμαζα με καθόλου έως μέτριο κερματισμό και μέτρια έως μεγάλη αντοχή απαιτεί ελαφριά μέτρα υποστήριξης (π.χ. Αγκύρια και εκτοξευμένο σκυρόδεμα) για να υποστηρίξει τις πιθανές σφήνες. Η ίδια βραχόμαζα αλλά πιο κερματισμένη (π.χ. Σε ζώνες ρηγμάτων) θα χρειαστεί πιο βαριά μέτρα υποστήριξης όπως κάποια προ-υποστήριξη (δοκίδες προπορείας) και βέβαια αγκύρια, μεταλλικά πλαίσια και σκυρόδεμα)

Παραδείγματα υποστήριξης Μία πτωχής ποιότητα βραχόμαζα με χαμηλή αντοχή κάτω από κάποιο βάρος υπερκειμένων (π.χ.>100m) θα παρουσιάζει παραμορφώσεις (συγκλίσεις) και θα πρέπει να υποστηριχθεί με βαριά μέτρα (π.χ. μεγάλου πάχους εκτ. Σκυρόδεμα, πολλά και πυκνά αγκύρια μεγάλου μήκους, βαριά μεταλλικά πλαίσια και πιθανώς κάποια υποστήριξη μετώπου) Η ίδια βραχόμαζα αν συναντηθεί πιο «ρηχά» τότε θα έχει καλύτερη συμπεριφορά και δεν θα παρουσιάσει τα ίδια προβλήματα άρα θα θέλει και ηπιότερα μέτρα υποστήριξης. Προσοχή στα στόμια (είσοδος-έξοδος) των σηράγγων: Τα γεωυλικά έχουν πιο φτωχές ιδιότητες λόγω της αποσάθρωσης και χαλαρής-ανοικτής δομής τους. Εκεί απαιτείται ισχυρή υποστήριξη.

ΑΣΚΗΣΗ 8 Στην περιοχή του Σχήματος σχεδιάζεται η κατασκευή σήραγγας. Στην περιοχή αναπτύσσεται φλύσχης με την εξής στρωματογραφική σειρά (από τα νεώτερα στρώματα προς τα παλαιότερα). Μεσοστρωματώδης ψαμμίτης με λεπτές ενστρώσεις ιλυολίθου (πάχος μεγάλο) (Ψαμμίτης 70% και Ιλυόλιθος 30%). Η βραχόμαζα είναι μέτρια κερματισμένη (τρεις ασυνέχειες), η ποιότητα των ασυνεχειών είναι τραχεία. Λεπτοστρωματώδεις έως μεσοστρωματώδεις εναλλαγές ψαμμιτικών και ιλυολιθικών στρωμάτων με ίδια ποσόστωση, πάχους 70-80m. Η ποιότητα των ασυνεχειών είναι τραχεία έως λεία, ελαφρά αποσαθρωμένη. Σημείωση: Η δομή του σχηματισμού θα πρέπει να προκύψει γενικά από την τομή σας. Ιλυόλιθος με αραιές λεπτοστρωματώδεις ενστρώσεις ψαμμίτη (πάχος μεγάλο) (Ψαμμίτης 10% και Ιλυόλιθος 90%). Σημείωση: Η δομή του σχηματισμού θα πρέπει να προκύψει γενικά από την τομή σας. Σημείωση: Οι κλίσεις στα όρια των σχηματισμών είναι αυτές που σημειώνονται σχεδιαστικά. Με τον χαρακτηρισμό «πάχος μεγάλο» επιθυμείται να δηλωθεί ότι μπορεί να ξεπερνά την κλίμακα της τομής.

ΑΣΚΗΣΗ 8 ΖΗΤΟΥΝΤΑΙ: 1.Σχεδιάστε το κατά τη γνώμη σας πιο πιθανό γεωλογικό προσομοίωμα της κατωτέρω περιοχής όπου πρόκειται να μελετηθεί η κατασκευή σήραγγας. Ακολουθείστε γεωλογική λογική στηριζόμενοι στα στοιχεία που δίνονται στο σκίτσο. (Βαρύτητα θέματος 30%) 2.Βαθμονομήστε τους σχηματισμούς σήραγγας μέσω του συστήματος GSI (τα στοιχεία δομής και ποιότητας ασυνεχειών πρέπει να συνοδεύουν την απάντησή σας). Σημείωση: Σας δίνεται το σύστημα ταξινόμησης GSI για τον φλύσχη. (Βαρύτητα θέματος 30%) 3.Ποια εκτιμάτε ότι ήταν η συμπεριφορά (μηχανισμοί αστοχιών, εκσκαψιμότητα, εισροές) των πιθανών βραχομαζών κατά τη διάνοιξη της σήραγγας. Απαντήστε κατά μήκος της τομής και όχι ανά γεωλογικό σχηματισμό; (Βαρύτητα θέματος 40%)

Βιβλιογραφία Η άσκηση είναι τροποποιημένη έκδοση από τους Μαρίνος Π., Τσιαμπάος Γ. και Μαρίνος Β. (Μάθημα Τεχνικής Γεωλογίας, Σχολή Πολ. Μηχανικών, ΕΜΠ).