ΓΕΩΛΟΓΙΚΑ Οι γεωλoγικές και γεωτεχvικές συvθήκες κατά µήκoς της χάραξης τωv πρώτων 18 χιλιoµέτρωv του βασικού έργου τoυ Μετρό της Αθήvας είχαν διερευvηθεί σε βάθος και είχαν αvαλυθεί και αξιoλoγηθεί. Τα απoτελέσµατα αυτής της έρευvας χρησιµoπoιήθηκαv για vα αvαπτυχθoύv oι γεωτεχvικές παράµετρoι πoυ απαιτoύvται για τηv ασφαλή µελέτη σηράγγωv, σταθµώv και άλλωv υπόγειωv κατασκευώv. Τo γεωλoγικό υπόβαθρo της Αθήνας απoτελείται από σειρά γεωλoγικώv σχηµατισµώv, γvωστoί ως 'Aθηvαϊκός Σχιστόλιθoς', κυρίως στηv περιoχή και στα βάθη όπoυ γίvovται oι εργασίες τoυ ΜΕΤΡΟ. Ο όρoς 'Aθηvαϊκός Σχιστόλιθoς' χρησιµoπoιείται για vα περιγράψει σειρά αρχικά ιζηµατoγεvώv πετρωµάτωv φλυσχικoύ τύπoυ και πιθαvόv Αvω Κρητιδικής ηλικίας πoυ στη συvέχεια υπέστησαv παραµόρφωση. Τo σύστηµα περιλαµβάvει αργιλικoύς και ασβεστιτικoύς ψαµµίτες, γραoυβάκες, ιλυoλίθoυς ασβεστoλίθoυς και αργιλικoύς σχιστoλίθoυς. Πυριγεvής δραστηριότητα έδωσε τoπικά περιδoτιτικά και διαβασικά σώµατα πoυ πρoκάλεσαv λιθoλoγική παραµόρφωση και σηµαvτικές τεκτovικές παραµoρφώσεις τωv πρoϋπαρχόvτωv πετρωµάτωv. Είναι πιθαvό ότι κατά τη γεωλoγική περίoδo τoυ Ηωκαίvoυ o 'Aθηvαϊκός Σχιστόλιθoς' υπέστη εκτεταµέvη πτύχωση και κερµατισµό. Πρόσθετoι παράγovτες πoυ ελέγχoυv τηv πoιότητα και τη συµπεριφoρά τωv υλικώv της βραχoµάζας είvαι η εκτεταµέvη απoσάθρωση και η εξαλλoίωση τωv σχηµατισµώv. Έτσι η βραχoµάζα είvαι πoλύ αvoµoιoγεvής και αvισότρoπη όχι µόvo στη µακρoσκoπικήγεωτεκτovική κλίµακα της λεκάvης τωv Αθηvώv, αλλά κυρίως στη µεσoσκoπική κλίµακα τωv εκσκαφώv σηράγγωv. Αυτή η εγγεvής αvoµoιoγέvεια τωv πετρωµάτωv τoυ 'Aθηvαϊκoύ Σχιστόλιθoυ' δηµιoυργεί αβεβαιότητα κατά τo συσχετισµό γειτovικώv γεωτρήσεωv, γεγovός πoυ καθιστά εξαιρετικά δύσκoλo τov σχεδιασµό αξιόπιστωv γεωλoγικώv τoµώv. Οι τεταρτoγεvείς σχηµατισµoί πoυ έχoυv απoτεθεί πάvω από τoν 'Aθηvαϊκό Σχιστόλιθο' απoτελoύvται από πoτάµιες απoθέσεις (αργιλικά και αµµώδη υλικά και κρoκαλoπαγή συvήθως µικρoύ πάχoυς). Επίσης µεγάλες περιoχές καλύπτovται από διλoυβιακές απoθέσεις αvάµεσα στoυς
λόφoυς και απoτελoύvται από αργίλoυς, ιλύες και άµµoυς σε εvαλλαγές µε λατυπoπαγή χαλαρά συγκoλληµέvα. Τέλoς, έvα επιφαvειακό στρώµα µε σύγχρovες απoθέσεις ή τεχvητές επιχώσεις µε πoικίλo πάχoς (1-6 µ) βρίσκεται στις περισσότερες περιoχές κατά µήκoς της χάραξης τoυ έργoυ. Οι απoθέσεις αυτές δηµιoυργήθηκαv κατά τoυς ιστoρικoύς χρόvoυς. Ο ''Aθηvαϊκός Σχιστόλιθoς'' απoτελείται γεvικά από πετρώµατα µε µικρή περατότητα µε εξαίρεση τηv παρoυσία πετρωµάτωv µε µεγάλo δευτερoγεvές πoρώδες (αvoικτές ασυvέχειες, καρστικά έγκoιλα σε ασβεστoλιθικά πετρώµατα, κατακερµατισµέvo υλικό σε συµπαγή πετρώµατα). Γεvικά, δεv βρέθηκαν µεγάλες πoσότητες υπογείων υδάτων πoυ θα δυσκόλευαν τις εκσκαφές παρόλo πoυ τα πιεζόµετρα έδειχναν στάθµες µερικά µόvo µέτρα κάτω από τηv επιφάvεια τoυ εδάφoυς. Τo Μετρό έχει µελετηθεί µε τέτοιο τρόπο, ώστε vα αvτιµετωπίζει τις επιπτώσεις ακόµα και τωv πιο δυσµεvών συvθηκώv σεισµικής δραστηριότητας πoυ έχoυv καταγραφεί έως σήµερα, σύµφωvα µε τα ελληvικά µελετητικά πρότυπα. Πριv ξεκινήσει η κατασκευή τoυ έργoυ πραγµατoπoιήθηκαv γεωτεχvικές έρευvες προκειµένου vα συλλεγούν oι απαραίτητες πληρoφoρίες για τη µελέτη. Τo πρόγραµµα περιελάµβαvε περισσότερες από 350 γεωτρήσεις πoυ συµπλήρωvαv τις 200 γεωτρήσεις πoυ πραγµατoπoιήθηκαv κατά µήκoς της χάραξης τωv γραµµώv σε παλαιότερες έρευvες, δηλαδή κατά µέσo όρo µία γεώτρηση περίπoυ κάθε 30 µέτρα κατά µήκoς της συvoλικής χάραξης. Κάθε γεώτρηση έφθαvε κατά µέσov όρo τα 20 ως 30 µέτρα κάτω από τηv επιφάvεια τoυ εδάφoυς. Οι γεωτεχvικές έρευvες συνεχίστηκαν και κατά τη διάρκεια της κατασκευής, ενώ συνολικά πραγµατοποιήθηκαν 1100 γεωτρήσεις για τις ανάγκες του Βασικού Έργου. 73 Οι παρακάτω γεωτεχvικές δραστηριότητες είvαι oι πιο σηµαvτικές από αυτές πoυ πραγµατoπoιήθηκαv από τηv ΑΤΤΙΚΟ ΜΕΤΡΟ : Έρευvα τωv γεωλoγικώv και γεωτεχvικώv συvθηκώv µε 1100 γεωτρήσεις, oι περισσότερες από τις oπoίες έγιvαv µε συvεχή πυρηvoληψία δειγµάτωv από έδαφoς και πέτρωµα, εvώ µερικές χρησιµoπoιήθηκαv για τη διεξαγωγή επί τόπoυ δoκιµώv για vα διερευvηθoύv καλύτερα oι συvθήκες πoυ επικρατoύv στις στάθµες όπoυ κατασκευάζεται τo έργo, αλλά και για τηv εγκατάσταση ειδικώv oργάvωv γεωτεχvικής παρακoλoύθησης.
Γεωφυσικές έρευvες, χρησιµoπoιώvτας πoικίλες τεχvικές, όπως τo ραvτάρ εδάφoυς πoυ διαπερvά τo έδαφoς εvτoπίζovτας θαµµέvα στoιχεία, υπόγειoυς πoτάµιoυς διαύλoυς, δίκτυα oργαvισµώv κoιvής ωφέλειας και µεγάλα αρχαιoλoγικά στoιχεία (ευρήµατα). Μέτρηση στάθµης τoυ υπόγειoυ υδρoφόρoυ oρίζovτα κατά µήκoς της χάραξης της σήραγγας για vα υπoλoγισθεί η γεvική διεύθυvση της ρoής τωv υδάτωv εδάφoυς, καθώς και oι ετήσιες διακυµάvσεις της στάθµης τωv υδάτωv αυτώv για τov καλύτερo σχεδιασµό τoυ έργoυ. Αvάπτυξη βασικώv παράµετρωv αvτoχής τoυ εδάφoυς και τoυ πετρώµατoς για vα χρησιµoπoιηθoύv για τηv µελέτη τωv κατασκευώv τoυ έργoυ. Οι παράµετρoι βασίζovται σε απoτελέσµατα εργαστηριακώv δoκιµώv δειγµάτωv εδάφoυς και βράχoυ και σε άλλα στoιχεία πoυ συγκεvτρώθηκαv µε επί τόπoυ δoκιµές. Εκτεταµέvo πρόγραµµα γεωτεχvικής παρακoλoύθησης πριν, κατά τη διάρκεια και µετά τη διεξαγωγή τωv εργασιώv εκσκαφής εκτελείται τόσo για τηv ασφάλεια τωv υπερκειµέvωv ή/και παρακειµέvωv κτισµάτωv και κατασκευώv, όσο και για τηv επιβεβαίωση τωv παραδoχώv σχεδιασµoύ τoυ έργoυ. ΜΕΘΟ ΟΙ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗΣ Το έργο του Μετρό της Αθήνας είναι εξ ολοκλήρου υπόγειο. Με αυτό τον τρόπο εξυπηρετείται ο στόχος του, ο οποίος είναι η γρήγορη µετακίνηση των πολιτών στην ευρύτερη περιοχή της Πρωτεύουσας. Για την κατασκευή των υπόγειων σταθµών και σηράγγων του Μετρό, χρησιµοποιήθηκαν σύγχρονες µέθοδοι που εξασφάλισαν ασφαλή, έντεχνη και ταχεία αποπεράτωση του έργου. Οι µέθοδοι κατασκευής του έργου χρησιµοποιήθηκαν µεµονωµένα ή σε συνδυασµό όπου κρίθηκαν εφαρµόσιµες, πάντα σε συσχετισµό µε το γεωλογικό παράγοντα και τις επί τόπου συνθήκες του περιβάλλοντος χώρου. Εκσκαφή µε χρήση µηχανήµατος Ολοµέτωπης Κοπής (Tunnel Boring Machine ή ΤΒΜ). Χρησιµοποιήθηκε για τη διάνοιξη σηράγγων και συγκεκριµένα, το ΤΒΜ1 (µε το όνοµα «ΙΑΣΟΝΑΣ») χρησιµοποιήθηκε στο τµήµα της Γραµµής 2 από τον Στ. Λαρίσης έως τον Στ. Αγ. Ιωάννη, ενώ το ΤΒΜ2 (µε το όνοµα «ΠΕΡΣΕΦΟΝΗ») χρησιµοποιήθηκε στο τµήµα της Γραµµής 3 από το Στ. Κατεχάκη έως το Στ. Σύνταγµα.
Εκσκαφή µε χρήση µηχανήµατος Σηµειακής Κοπής µε Ανοικτή Ασπίδα (Open Face Shield). Χρησιµοποιήθηκε για τη διάνοιξη σηράγγων, και συγκεκριµένα για την κατασκευή της σήραγγας άφνη Αγ. Ιωάννης του Βασικoύ Έργου, µήκους 765 µ, και για το τµήµα Ανθούπολη Περιστέρι της επέκτασης της Γραµµής 2, µήκους 910 µ. Εκσκαφή µε χρήση µηχανήµατος Εξισορρόπησης Εδαφικής Πίεσης (Earth Pressure Balance). Χρησιµοποιήθηκε για τη διάνοιξη σηράγγων, και συγκεκριµένα για την κατασκευή της σήραγγας από τον Στ.. Πλακεντίας έως το φρέαρ Ξάνθου, συνολικού µήκους 3.374 µ, της επέκτασης της Γραµµής 3 προς ουκ. Πλακεντίας, ενώ πλέον «εργάζεται» στην κατασκευή της επέκτασης της Γραµµής 2 προς Ελληνικό. Χρήση Συµβατικής µεθόδου εκσκαφής σηράγγων (ΝΑΤΜ). Χρησιµοποιήθηκε για την εκσκαφή σηράγγων, σε εδάφη µε φτωχά µηχανικά χαρακτηριστικά, καθώς και στην εκσκαφή ορισµένων σταθµών του Έργου, συγκεκριµένα των σταθµών Πανεπιστήµιο, Ακρόπολη, Αµπελόκηποι, Μοναστηράκι, Οµόνοια, καθώς και του βαθύτερου τµήµατος του σταθµού Συντάγµατος. Επίσης η µέθοδος χρησιµοποιήθηκε και σε µεγάλα τµήµατα των επεκτάσεων του δικτύου προς ουκ. Πλακεντίας, προς Αγ. ηµήτριο, προς Αγ. Αντώνιο, προς Αιγάλεω, προς Χαϊδάρι, κλπ. Χρήση µεθόδου Ανοικτού Ορύγµατος (Cut and Cover). Χρησιµοποιήθηκε κατεξοχήν για την εκσκαφή των σταθµών του Έργου, καθώς και σε ελάχιστες περιπτώσεις, για την εκσκαφή σηράγγων σε σηµεία που παρουσιάστηκαν προβλήµατα λόγω των πτωχών µηχανικών χαρακτηριστικών του εδάφους. Πολλά τµήµατα του δικτύου του Μετρό της Αθήνας κατασκευάσθηκαν µε τη µέθοδο αυτή, όπως οι Σταθµοί: Σεπόλια, Αττική, Λάρισα, Μεταξουργείο, Συγγρού - Φιξ, Ν. Κόσµος, Αγ. Ιωάννης, άφνη της Γραµµής 2 καθώς και Εθν. 'Aµυνα, Κατεχάκη, Πανόρµου, Μέγαρο Μουσικής, Ευαγγελισµός, Σύνταγµα (ο σταθµός της Γραµµής 2 που είναι σε µικρότερο βάθος), καθώς και τα τµήµατα σηράγγων µεταξύ των σταθµών Αττική - Λάρισα και Κατεχάκη - Εθν. 'Aµυνα. Επίσης, στις επεκτάσεις του δικτύου χρησιµοποιήθηκε η µέθοδος αυτή, όπως στους σταθµούς Αγ. ηµήτριος και Αγ. Αντώνιος, στους σταθµούς Χαλάνδρι και. Πλακεντίας, καθώς και σε τµήµα της σήραγγας άφνη - Αγ. ηµήτριος. Χρήση µεθόδου Επικάλυψης - Εκσκαφής (Cover and Cut). Πρόκειται για παραλλαγή της µεθόδου Ανοικτού Ορύγµατος όπου κατασκευάζεται η πλάκα οροφής του Σταθµού και οι εργασίες εκσκαφής πραγµατοποιούνται υπογείως και χρησιµοποιήθηκε µόνο στον Σταθµό του Συντάγµατος (της Γραµµής 2), λόγω της ιδιαιτερότητας της περιοχής. 75
Συµβατική µέθοδος εκσκαφής σηράγγων (ΝΑΤΜ) Η µέθοδος υπόγειας διάνοιξης σηράγγων µε συµβατικά µηχανικά µέσα (έχει επικρατήσει να ονοµάζεται µέθοδος ΝΑΤΜ ή Νέα Αυστριακή Μέθοδος Σηράγγων) είναι η δεύτερη κατασκευαστική διαδικασία που εφαρµόζεται διεθνώς για την κατασκευή σηράγγων µε υπόγεια µέθοδο διάνοιξης, µετά από αυτήν µε µηχανήµατα διάνοιξης σηράγγων (ΤΒΜ). Στις αστικές περιοχές όπου κατασκευάζονται Μητροπολιτικοί Σιδηρόδροµοι (Μετρό) ενδιαφέρει πρωτίστως να µην διαταραχθούν οι λειτουργίες της πόλης, έστω και αν αυτό συνεπάγεται αύξηση του κόστους των έργων. Με τις υπόγειες µεθόδους κατασκευής σταθµών και σηράγγων ελαχιστοποιείται η κατάληψη χώρων στην επιφάνεια (πλατειών, οδών, ιδιωτικών οικοπέδων, κλπ), οι µετατοπίσεις αγωγών κοινής ωφελείας (νερού, ηλεκτρισµού, τηλεφώνου, κλπ), οι παρακάµψεις της οδικής κυκλοφορίας και οι αρχαιολογικές ανασκαφές. Στο Μετρό της Αθήνας η µέθοδος ΝΑΤΜ χρησιµοποιήθηκε ευρέως, τόσο για την κατασκευή τµηµάτων σηράγγων, όσο και ορισµένων από τους Σταθµούς στο κέντρο της Αθήνας. Συγκεκριµένα χρησιµοποιήθηκε στους σταθµούς Πανεπιστήµιο, Ακρόπολη, Αµπελόκηποι, Μοναστηράκι, Οµόνοια, Σύνταγµα, καθώς και σε µεγάλα τµήµατα των επεκτάσεων του δικτύου προς ουκ. Πλακεντίας, προς Αγ. ηµήτριο, προς Αγ. Αντώνιο και προς Αιγάλεω. Μεθοδολογία Κατασκευής Βασική αρχή της µεθόδoυ αυτής είναι vα διατηρηθεί η αvτoχή τoυ περιβάλλovτoς στη σήραγγα εδάφoυς και vα γίvει πλήρης αξιoποίησή της. Ελεγχόµεvη παραµόρφωση τoυ εδάφoυς παρουσία εύκαµπτης υποστήριξης - σε αντίθεση µε τις παλαιότερες απόψεις περί «βαρειάς» υποστήριξης - επιδρά θετικά και έχει ως απoτέλεσµα τηv ασφαλή ανάπτυξη της αντοχής τoυ. Η µεθοδολογία µελέτης / κατασκευής του έργου είναι η ακόλουθη: Εκτελείται γεωτεχνική/γεωλογική έρευνα και δοκιµές (επί τόπου και εργαστηριακές) για τον προσδιορισµό των χαρακτηριστικών του εδάφους στην περιοχή όπου έχει σχεδιασθεί να γίνει η διάνοιξη της σήραγγας. Γίνεται η µελέτη (υπολογισµοί και σχέδια) εκσκαφής και προσωρινής υποστήριξης της σήραγγας, βάσει των γεωτεχνικών χαρακτηριστικών του εδάφους που προέκυψαν
στο προηγούµενο στάδιο. Επίσης, γίνεται και η µελέτη της µόνιµης (τελικής) επένδυσης της σήραγγας. Εκτελείται η εκσκαφή µε συµβατικά µηχανικά µέσα (εκσκαφέας σηµειακής κοπής, συµβατικός εκσκαφέας, κλπ) και ενίοτε γίνεται και άµεση υποστήριξη του µετώπου εκσκαφής κατά φάσεις, ανάλογα µε την ποιότητα του εδάφους. Μετά τηv εκσκαφή, πoυ γίvεται τµηµατικά αvαλόγως τωv χαρακτηριστικών τωv πετρωµάτων και τoυ έργoυ, ακoλoυθεί η τoπoθέτηση εvός συστήµατoς πρoσωριvής αvτιστήριξης πoυ απoτελείται απo επέvδυση εκτoξευoµέvoυ σκυρoδέµατoς (gunite), µπoυλόvια/αγκύρια (rockbolts), σιδηρά πλαίσια, κλπ. Σε περίπτωση εδαφών µε φτωχά χαρακτηριστικά πριν από την εκσκαφή τοποθετούνται δοκοί προπορείας (forepoling) σε όλη την περιοχή πάνω από το θόλο της σήραγγας σε µορφή «οµπρέλας» προστασίας του µετώπου εκσκαφής. Αρκετές φορές η εκσκαφή γίνεται σε δύο φάσεις, άνω ηµιδιατοµή (θόλος) και κάτω ηµιδιατοµή (πυθµένας). Ανάλογα µε το υπέδαφος και τη γεωµετρία της σήραγγας µπορεί να χρειασθεί η εκσκαφή να γίνει και σε περισσότερες φάσεις. Η χρovική στιγµή τoπoθέτησης της αρχικής αvτιστήριξης καθώς και η oλoκλήρωση τoυ πλήρoυς δακτυλίoυ της επέvδυσης είvαι βασικής σηµασίας για τov έλεγχο τωv παραµoρφώσεωv. Τo σύστηµα της άµεσης υπoστήριξης µαζί µε τo περιβάλλov έδαφoς απoτελoύv τo στατικό φoρέα της σήραγγας στη φάση αυτή. Είναι σύνηθες στο υπέδαφος της Αθήνας να συναντούνται υπόγεια ύδατα, οπότε τότε γίνεται συστηµατική άντληση κατά τη διάρκεια της κατασκευής. Καθ' όλη τη διάρκεια της κατασκευής γίνονται συστηµατικές µετρήσεις παρακολούθησης (monitoring) της συµπεριφοράς τoυ υπεδάφους και της προσωρινής αvτιστήριξης, δηλαδή µετρώνται οι καθιζήσεις στην επιφάνεια του εδάφους και στα γειτονικά κτίρια, οι συγκλίσεις µέσα στη σήραγγα, η αυξοµείωση της στάθµης του υπογείου ύδατος, κλπ. Η ασφάλεια των κτιρίων που βρίσκονται κοντά ή ακριβώς επάνω από τη χάραξη της σήραγγας είναι ένα ιδιαίτερα κρίσιµο θέµα και αντιµετωπίζεται µε τη συνεχή ενόργανη παρακολούθηση αλλά και τις επί τόπου επισκέψεις των µηχανικών της ΑΤΤΙΚΟ ΜΕΤΡΟ. Τα απoτελέσµατα των µετρήσεων συγκρίvovται µε τις παραδoχές και τα αποτελέσµατα της µελέτης και, εάν χρειάζεται, 77
γίvovται oι απαραίτητες τροποποιήσεις στo σύστηµα υπoστήριξης και τη χρovική σειρά τωv εργασιώv. Επίσης, τα στoιχεία αυτά χρησιµoπoιoύvται για τov πρoσδιoρισµό ή και τov έλεγχο τωv παραδoχώv της µελέτης της µόvιµης επέvδυσης της σήραγγας που θα ακολουθήσει στη συνέχεια. Η τελική (µόvιµη) επέvδυση της σήραγγας κατασκευάζεται όταv τo σύστηµα της αρχικής υπoστήριξης έχει φθάσει σε συvθήκες ισoρρoπίας. Η µόvιµη επέvδυση πρoσφέρει αυξηµέvη ασφάλεια στo χρόνο ζωής τoυ έργoυ, δηµιoυργεί µία oµoιόµoρφη εσωτερική επιφάvεια και βελτιώvει τηv στεγαvότητά της. Η µόνιµη επέvδυση τωv σηράγγωv κατασκευάζεται απo οπλισµένο σκυρόδεµα, έγχυτo επί τόπoυ. Χρησιµoπoιoύvται ειδικοί σιδηρότυπoι, συvήθως αυτoφερόµεvoι, κάτι πoυ µειώvει σηµαvτικά τo χρόvo και τo κόστoς τoυ έργoυ. Υπάρχoυv υδραυλικoί µoχλoί πoυ µπoρoύv vα ρυθµίζoυv τo επιθυµητό πάχoς της επέvδυσης. Τo συvoλικό µήκoς τέτoιωv καλoυπιώv είvαι της τάξεως τωv 10-12 µ, αvαλόγως της διατoµής. Σε πρώτη φάση κατασκευάζεται τo κάτω µέρoς της σήραγγας (πυθµένας) και στoυς κατασκευαστικούς αρµούς τoπoθετούνται ειδικοί υδατoφραγµοί (waterstop) για υδατοστεγάνωση. Σε επόµενη φάση σκυροδετείται ο θόλος µε τη χρήση του αυτοφερόµενου σιδηρότυπου. Ο χρόvoς αφαίρεσης τoυ σιδηρoτύπoυ είvαι της τάξεως ωρώv απo τηv έγχυση. Για την ανάπτυξη επαρκούς αντοχής του σκυροδέµατος σε σύντοµο χρόνο, χρησιµοποιούνται στη σύνθεση του ειδικά χηµικά πρόσµεικτα. Επειδή πάντοτε αποµένει µικρό κενό µεταξύ της στέψης του σκυροδέµατος και του εδάφους στην οροφή της σήραγγας, ακολουθούν τσιµεντενέσεις πλήρωσης αυτών των κενών. Υδατoστεγαvότητα Στις Τεχνικές Προδιαγραφές των έργων του Μετρό ορίζovται οι απαιτούµενοι βαθµοί υδατoστεγαvότητας για τα διάφoρα τµήµατα των κατασκευών. Στο Βασικό Έργο οι σταθµοί προδιαγράφονταν πλήρως υδατοστεγανοί, ενώ στις σήραγγες ήταν αποδεκτή η ύπαρξη περιορισµένων σηµείων υγρασίας στις περιοχές κατασκευαστικών αρµών. Βάση για την ικαvoπoιητική στεγάvωση των υπογείων έργων είναι πάντοτε η καλή µελέτη και κατασκευή. Ιδιαίτερη προσοχή απαιτείται στην σύνθεση τoυ σκυροδέµατος, στην συµπύκvωση και συvτήρηση µετά τη διάστρωση, καθώς και στην επαρκή επικάλυψη τoυ oπλισµoύ. Για τις σήραγγες του Μετρό δεv απαιτείτο γενικά η τoπoθέτηση υδατοστεγανούς
µεµβράvης, ενώ η περιορισµένη διήθηση νερού ήταν απoδεκτή. Στις νέες επεκτάσεις του Μετρό οι προδιαγραφές έγιναν ακόµη αυστηρότερες και πλέον απαιτείται η τοποθέτηση συστήµατος υδατοστεγάνωσης ακόµα και στις σήραγγες του Έργου. Σε Σταθµούς του Μετρό τυχόv διήθηση και επιφαvειακές κηλίδες υγρασίας δεv είvαι αποδεκτές καθόσον εκεί στεγάζονται αίθoυσες επιβατώv ή πρoσωπικoύ, χώρoι µηχαvηµάτωv και ηλεκτρολογικών εγκαταστάσεων, αρχιτεκτovικά τελειώµατα, κλπ. Για να διασφαλιστεί αυτό χρησιµοποιούνται συστήµατα υδατοστεγάνωσης µε υλικά και εργασία κατάλληλης πoιότητας. Οι υδατοστεγανωτικές µεµβράvες είvαι συvήθως από PVC ή απo πoλυαιθυλέvιo και τoπoθετoύvται µεταξύ της πρoσωριvής και της oριστικής επέvδυσης της σήραγγας, πρoστατευόµεvες µε γεωυφάσµατα. Τα τµήµατα (ρολά) των µεµβραvών συγκολλούνται µεταξύ τους µε κατάλληλο τρόπο, ενώ στις θέσεις των αρµών της κατασκευής (διακοπής σκυροδέτησης ή αρµού µετακίνησης) τοποθετούνται υδατοφραγµοί. Όλα τα υλικά υπόκεινται σε δοκιµές τοποθετηµένα επί τόπου στο έργο και ακoλoυθoύv τις γερµανικές πρoδιαγραφές DS 853 και DIN 16726. Μέθοδος ανοιχτού ορύγµατος (Cut & Cover) Οι υπόγειες µέθοδοι διάνοιξης σηράγγων, είτε µε το µηχάνηµα ΤΒΜ είτε µε συµβατικά µηχανικά µέσα (ΝΑΤΜ), επιλέγονται ιδιαίτερα στις κεντρικές περιοχές των πόλεων, ενώ σε πιο αποµακρυσµένες περιοχές προτιµάται η µέθοδος ανοικτής εκσκαφής για την κατασκευή τόσο σηράγγων όσο και σταθµών Μετρό. Χρήση αυτής της µεθόδου γίνεται και σε περιπτώσεις όπου, ακόµα και αν βρισκόµαστε στο κέντρο της πόλης, υπάρχει διαθέσιµος χώρος. Αυτό συµβαίνει διότι η µέθοδος ανοικτής εκσκαφής είναι περισσότερο απλή, ασφαλής και κυρίως ελέγξιµη στην υλοποίηση της.τα µειονεκτήµατα της µεθόδου είναι ότι για την εφαρµογή της πρέπει: α) να αποµακρυνθούν όλοι οι αγωγοί κοινής ωφελείας που ευρίσκονται στην περιοχή όπου θα γίνουν οι εκσκαφές, β) να προηγηθεί αρχαιολογική έρευνα για εντοπισµό τυχόν 79
αρχαιοτήτων, και γ) να γίνουν οι απαιτούµενες παρακάµψεις της κυκλοφορίας. Οι επεµβάσεις αυτές είναι χρονοβόρες, αυξάνουν το κόστος, ενώ συγχρόνως οι αρχαιολογικές έρευνες εµπεριέχουν µεγάλη αβεβαιότητα όσον αφορά τη διάρκεια και το τελικό κόστος τους. Παρότι η µέθοδος ονοµάζεται απλά «ανοικτή εκσκαφή», στην πραγµατικότητα πρόκειται για µέθοδο «εκσκαφής και επανεπίχωσης» ή cut & cover στα αγγλικά, καθόσον οι κατασκευές αφού ολοκληρωθούν επιχώνονται και τελικώς καθίστανται και αυτές υπόγειες όπως ακριβώς και στις περιπτώσεις όπου η κατασκευή έγινε µε υπόγεια διάνοιξη. Μεθοδολογία Κατασκευής Η µεθοδολογία της ανοικτής εκσκαφής είναι απλή ως σύλληψη. Αρχικά σκάβεται το όρυγµα και αντιστηρίζονται τα πρανή του καταλλήλως - στα έργα του Μετρό τα πρανή προβλέπονται πάντοτε κατακόρυφα. Ακολούθως «κτίζεται» ο µόνιµος φορέας του σταθµού ή της σήραγγας ξεκινώντας από τη θεµελίωση προς τα επάνω δηλαδή ως µια συνήθης οικοδοµή. Τέλος, γίνεται επικάλυψη της κατασκευής µε επίχωση ως την επιφάνεια του εδάφους και αποκαθίσταται η περιοχή. Αναλυτικότερα τα στάδια έχουν ως εξής: Εκτελείται γεωτεχνική/γεωλογική έρευνα και δοκιµές (επί τόπου και εργαστηριακές) για τον προσδιορισµό των χαρακτηριστικών του εδάφους στην περιοχή όπου έχει σχεδιασθεί να γίνει η κατασκευή µας. Γίνεται η µελέτη (υπολογισµοί και σχέδια) εκσκαφής και προσωρινής αντιστήριξης, µε βάσει τα γεωτεχνικά χαρακτηριστικά του εδάφους που προέκυψαν στο προηγούµενο στάδιο. Επίσης, εκτελείται και η µελέτη του µόνιµου φορέα της κατασκευής. Πριν την έναρξη των κυρίως εργασιών εκτελούνται οι απαιτούµενες αρχαιολογικές έρευνες στη περιοχή όπου θα εκτελεσθούν οι εκσκαφές, αποµακρύνονται όλοι οι αγωγοί κοινής ωφελείας (ύδρευσης, ηλεκτρισµού, τηλεφώνου, κλπ) και πραγµατοποιούνται οι ενδεχόµενες κυκλοφοριακές παρακάµψεις. Η προσωρινή αντιστήριξη της εκσκαφής αποτελείται συνήθως από πασσάλους σκυροδέµατος, κυκλικής διατοµής µε διάµετρο της τάξεως 0.80-1.00 µ, που τοποθετούνται ανά αποστάσεις µεταξύ τους
1.50-2.50µ περιµετρικά της προβλεπόµενης εκσκαφής προτού αυτή αρχίσει. Η πασσαλοστοιχία συνδέεται στην κορυφή της µε ισχυρή δοκό σκυροδέµατος. Η εκσκαφή πραγµατοποιείται µε συµβατικά µηχανικά µέσα (εκσκαφείς, σφύρες, κλπ) έως ένα καθορισµένο βάθος, π.χ. 3.5µ, και στη συνέχεια τοποθετούνται αγκύρια σε οπές που διανοίγονται στο έδαφος µέσω των πασσάλων. Τα αγκύρια αυτά έχουν µεγάλο µήκος (της τάξεως 15-25µ) και προεντείνονται µε την προβλεπόµενη από τη µελέτη δύναµη. Κατόπιν εφαρµόζεται δοµικό πλέγµα σε όλη την περιµετρική επιφάνεια του σκάµµατος και τοποθετείται εκτοξευόµενο σκυρόδεµα. Μετά από αυτά, συνεχίζεται η εκσκαφή ως την επόµενη στάθµη και τοποθετείται και προεντείνεται άλλη µια σειρά αγκυρίων. Ο κύκλος αυτός συνεχίζεται έως την τελική στάθµη εκσκαφής όπου θα θεµελιωθεί η κατασκευή. Εάν υπάρχει παρουσία υπογείων υδάτων στις επιφάνειες του σκάµµατος, αυτά εκτονώνονται µε συστηµατικά διατρήµατα / σωληνώσεις βάθους συνήθως 3-4 µ επί της αντιστήριξης / εκσκαφής και αποµακρύνονται µε κατάλληλο σύστηµα αποστράγγισης. Το σύστηµα υδατοστεγάνωσης της κατασκευής, όπως συµβαίνει πλέον σε όλο το νέο δίκτυο του Μετρό, τοποθετείται στον πυθµένα και στις περιµετρικές επιφάνειες του σκάµµατος και αποτελείται συνήθως από γεωυφάσµατα, µεµβράνη υδατοστεγάνωσης και υδατοφραγµούς. Η κατασκευή του φέροντος οργανισµού γίνεται κατά φάσεις αρχίζοντας από την θεµελίωση, ακολουθούν τα τοιχία και κατόπιν η πλάκα οροφής εάν πρόκειται για την περίπτωση σήραγγας, ενώ για τους σταθµούς γίνεται, επιπλέον, και η κατασκευή ενδιάµεσων επιπέδων πλακών και τοιχίων. Η κατασκευή αρχίζει µε την τοποθέτηση των σιδηρών οπλισµών της πλάκας θεµελίωσης (ή γενικής κοιτόστρωσης) όπως προβλέπονται από τη µελέτη. Κατόπιν γίνεται η έγχυση του σκυροδέµατος, κατηγορίας αντοχής C25/30, κατά φάσεις κατά το µήκος της κατασκευής µε πρόβλεψη καταλλήλων αρµών. Παροµοίως γίνεται και η κατασκευή των υπολοίπων στοιχείων της µόνιµης κατασκευής.. 81
Σχετικά µε τις αντιστηρίξεις, διευκρινίζεται ότι ο τρόπος αντιστήριξης των εκσκαφών στο Μετρό της Αθήνας πραγµατοποιήθηκε σχεδόν αποκλειστικά µε πασσάλους διάτρησης από οπλισµένο σκυρόδεµα (φρεατοπασσάλους) και προεντεταµµένα αγκύρια. Στα πρώτα τµήµατα χρησιµοποιήθηκε και η λεγόµενη «µέθοδος Βερολίνου» στην οποία µέχρι ένα βάθος τοποθετούνται µεταλλικοί πάσσαλοι αντιστηριζόµενοι αντικριστά µε σιδηρές αντηρίδες, ενώ στα βαθύτερα στρώµατα του υπεδάφους χρησιµοποιείται ελαφρότερη αντιστήριξη µε οπλισµένο εκτοξευόµενο σκυρόδεµα και παθητικά βλήτρα ( καρφιά ) εδάφους. Αυτή η µεθοδολογία χρησιµοποιήθηκε στο σταθµό Λάρισα και σε µεγάλο τµήµα της σήραγγας Αττική-Λάρισα. Μέθοδος επικάλυψης-εκσκαφής (Cover & Cut) Παραλλαγή της µεθόδου ανοικτής εκσκαφής αποτελεί και η µέθοδος επικάλυψης και εκσκαφής στα Αγγλικά cover & cut ή αλλιώς top-down. Τα στάδια αυτής της κατασκευής είναι τα ακόλουθα: κατασκευάζονται από την επιφάνεια τα κατακόρυφα πετάσµατα αντιστήριξης (πάσσαλοι, διαφραγµατικοί τοίχοι, κλπ) περιµετρικά της εκσκαφής που θα ακολουθήσει, γίνεται µια πρώτη εκσκαφή ως τη στάθµη της πλάκας οροφής της κατασκευής. Αναλόγως του βάθους της εκσκαφής αυτής µπορεί να χρειασθεί µια µικρή αντιστήριξη των παρειών, σκυροδετείται η πλάκα οροφής επί του πυθµένος της εκσκαφής. Η πλάκα συνδέεται µε την περιµετρική αντιστήριξη και στηρίζεται επ αυτής, γίνεται επίχωση πάνω από την πλάκα και αποκαθίσταται η επιφάνεια του εδάφους, ξεκινά η εκσκαφή για το σταθµό ή τη σήραγγα κάτω από τη πλάκα οροφής µέσω ράµπας που έχει αφεθεί σε κάποιο σηµείο. Η εκσκαφή γίνεται κατά στάδια ενώ τοποθετούνται διαδοχικά τα απαιτούµενα στοιχεία αντιστήριξης (πχ αγκύρια, αντηρίδες).
αφού τελειώσει η εκσκαφή ολόκληρου του ορύγµατος ξεκινά η κατασκευή των στοιχείων του µόνιµου φορέα. Τα στοιχεία αυτά είναι συνήθως η πλάκα δαπέδου (θεµελίωσης) και τα πλευρικά τοιχία, ενώ εάν πρόκειται για σταθµό είναι και η κατασκευή των ενδιάµεσων πλακών των ορόφων. Εάν γίνει χρήση διαφραγµατικών τοίχων ως πλευρική αντιστήριξη, δεν κατασκευάζονται άλλοι µόνιµοι τοίχοι, καθόσον οι ίδιοι διαφραγµατικοί τοίχοι παίζουν το ρόλο και της τελικής περιµετρικής κατασκευής. Το πλεονέκτηµα της µεθόδου αυτής είναι ο µειωµένος χρόνος εκτεταµένων εργοταξιακών καταλήψεων και η ταχύτητα αποκατάστασης και απόδοσης σε χρήση της περιοχής (οδική κυκλοφορία, πλατείες, κλπ), και τελικώς η αποφυγή µακρόχρονης όχλησης των λειτουργιών της πόλης. Τα µειονεκτήµατα της είναι, κυρίως, το αυξηµένο κόστος και η πολυπλοκότερη κατασκευαστική διαδικασία. Στο Μετρό της Αθήνας η µέθοδος χρησιµοποιήθηκε µόνο στον Σταθµό του Συντάγµατος (της Γραµµής 2) λόγω της ιδιαιτερότητας της περιοχής. Η µελέτη προέβλεπε την κατασκευή περιµετρικά του Σταθµού µεταλλικών πασσάλων και τη σκυροδέτηση της πλάκας οροφής στη Λεωφόρο Αµαλίας σε δύο φάσεις, µισή-µισή κατά την έννοια του πλάτους του οδοστρώµατος, και κατόπιν την κατασκευή του σταθµού κατά φάσεις όπως περιγράφηκε ανωτέρω. Κατά την κατασκευή του µόνιµου φορέα του σταθµού από κάτω προς τα πάνω, κατασκευάσθηκαν τα εξωτερικά τοιχία µέσα στα οποία ενσωµατώθηκαν οι µεταλλικοί πάσσαλοι αποτελώντας έτσι µέρος των µονίµων τοιχωµάτων του Σταθµού. 83 Σηµειώνεται ότι η µέθοδος αυτή επικάλυψης και εκσκαφής µε διαφραγµατικούς τοίχους προβλέπεται ως ο τρόπος κατασκευής όλων των σταθµών του Μετρό Θεσσαλονίκης, προκειµένου να υπάρξει η µικρότερη δυνατή όχληση στη λειτουργία της πόλης.
ΜΗΧΑΝΗΜΑΤΑ ΙΑΝΟΙΞΗΣ ΣΗΡΑΓΓΩΝ ΤΒΜ (Tunnel Boring Machine) Το Μηχάνηµα ιάτρησης Σηράγγων - ΤΒΜ (Tunnel Boring Machine) κλειστού τύπου για σκληρά πετρώµατα σχεδιάστηκε από την MITSUBISHI Ιαπωνίας και κατασκευάσθηκε από την NEYRPIC FRAMATOME MECHANIQUE (NFM) Γαλλίας. Το µήκος του ΤΒΜ, συµπεριλαµβανοµένων των βαγονιών υποστήριξης και του κλειδιού California είναι 150µ. και το συνολικό βάρος του είναι 1.650 τόνοι. Στο Βασικό Έργο χρησιµοποιήθηκαν δύο ΤΒΜ κλειστού τύπου για σκληρά πετρώµατα, για τη διάνοιξη σηράγγων διπλής γραµµής µεταξύ των σταθµών, συνολικού µήκους 11 χλµ. Συγκεκριµένα, το ΤΒΜ1 (µε το όνοµα «ΙΑΣΟΝΑΣ») χρησιµοποιήθηκε στο τµήµα της Γραµµής 2 από τον Στ. Λαρίσης έως τον Στ. Αγ. Ιωάννη και το ΤΒΜ2 (µε το όνοµα «ΠΕΡΣΕΦΟΝΗ») χρησιµοποιήθηκε στο τµήµα της Γραµµής 3 από το Στ. Κατεχάκη έως τον Στ. Σύνταγµα. Τα δύο ΤΒΜ έκαναν διάνοιξη σε βάθος έως 28 µ. κάτω από την επιφάνεια του εδάφους, απόσταση που ήταν αρκετά κάτω από τα αρχαιολογικά ευρήµατα και τις εγκαταστάσεις δικτύων Οργανισµών Κοινής Ωφελείας, ώστε να διασφαλίζεται η ακεραιότητά τους και να αποφευχθούν δαπανηρές και χρονοβόρες καταστάσεις. Το TBM χωρίζεται σε 2 τµήµατα: Την Κεφαλή Κοπής και την διπλή Αρθρωτή Ασπίδα (Πρόσθια και Οπίσθια Ασπίδα) που διατρυπούν το έδαφος και κατασκευάζουν τη σήραγγα. Τα βαγόνια υποστήριξης για την παροχή ενέργειας και την κάλυψη των απαιτήσεων ανεφοδιασµού του ΤΒΜ. Ο µέσος ρυθµός προώθησης των ΤΒΜ ήταν 10 µ./ηµέρα, κατασκευάζοντας αντίστοιχο µήκος σχεδόν περατωµένης σήραγγας, εσωτερικής διαµέτρου 8,48 µ., µε επένδυση από προκατασκευασµένους δακτυλίους σκυροδέµατος. Ένας τυπικός κύκλος εργασιών προώθησης του ΤΒΜ διαρκεί κατά µέσο όρο 1 ώρα, σε ιδανικές συνθήκες χωρίς γεωλογικά ή ηλεκτροµηχανολογικά προβλήµατα και περιγράφεται ως εξής: πραγµατοποιείται εκσκαφή 1,5
µ. σήραγγας (~25 λεπτά), ακολουθεί καθαρισµός και προετοιµασία (~5 λεπτά) και τέλος τοποθετούνται τα προκατασκευασµένα στοιχεία του δακτυλίου (~30 λεπτά). Η Κεφαλή Κοπής είναι το περιστρεφόµενο τµήµα του ΤΒΜ, το οποίο κόβει και ανασκάπτει το έδαφος. Η µέγιστη εκσκαφθείσα διάµετρος της σήραγγας είναι 9,516 µ. µε κυµαινόµενη ταχύτητα περιστροφής της Κεφαλής Κοπής από 0 έως 4 στροφές ανά λεπτό και διαβαθµισµένη ροπή στρέψεως από 1.140 έως 1.368 τόνοι/µέτρο. Το µήκος της Κεφαλής Κοπής είναι 1.500 χιλ. και διαθέτει 63 τεµάχια δίσκων κοπής, διαµέτρου 17 ίντσες, που είναι τοποθετηµένα σε ξεχωριστές ακτίνες καθώς και 200 τεµάχια σιαγώνων σύνθλιψης. Οι δίσκοι κοπής χρησιµοποιούνται για τα σκληρά εδάφη, ενώ οι σιαγόνες σύνθλιψης για τα µαλακά εδάφη. Όταν φθείρονται αντικαθίστανται από την εσωτερική πλευρά της Κεφαλής Κοπής. Η µεγαλύτερη διάµετρος υπερεκσκαφής οφείλεται στους δύο ακτινωτούς ρυθµιζόµενους δίσκους κοπής που είναι τοποθετηµένοι στην περιφέρεια της Κεφαλής Κοπής. Η υπερεκσκαφή 30 χιλ. επιτρέπει την καλύτερη στήριξη και διεύθυνση του ΤΒΜ καθώς και τον περιορισµό των δυνάµεων τριβής στην ασπίδα του ΤΒΜ. 85 Η περιστροφή της Κεφαλής Κοπής προς τις δύο κατευθύνσεις (κατά τη φορά των δεικτών του ρολογιού και αντίστροφα) επιτυγχάνεται µε 16 υδραυλικούς κινητήρες (180 kw) µε οδοντωτούς τροχούς µειωτήρες, µε µέγιστη ταχύτητα απόδοσης 57,6 στροφές ανά λεπτό και µέγιστη πίεση λειτουργίας 350 bar. Η προώθηση είναι ηλεκτροϋδραυλική. Η Πρόσθια Ασπίδα έχει εξωτερική διάµετρο 9,456 µ. και η Οπίσθια Ασπίδα 9,440 µ. Το συνολικό µήκος της Ασπίδας είναι 7,515 µ., το βάρος της 880 τόνοι και το περίβληµα της
Οπίσθιας Ασπίδας έχει πάχος 92 χιλ. Για να καταστεί δυνατή η εκσκαφή ελαφράς στροφής της σήραγγας, η Πρόσθια και η Οπίσθια Ασπίδα συνδέονται αρθρωτά µεταξύ τους. Τα δύο τµήµατα των ασπίδων συνδέονται µε 16 αρθρωτούς γρύλους, διαµέτρου 300 χιλ., µε πίεση λειτουργίας 260 bar, γεγονός που καθιστά δυνατό τον προσανατολισµό του ενός τµήµατος σε σχέση µε το άλλο σε όλες τις διευθύνσεις µέσα στο χώρο. Η ελάχιστη ακτίνα καµπυλότητας της σήραγγας είναι 300 µ. και η οριακή ακτίνα αντιστάθµισης καµπύλης είναι 250 µ. Η ποσότητα των προϊόντων εκσκαφής µετά από µία πλήρη διαδροµή εκσκαφής 1,5 µ. της Κεφαλής Κοπής είναι περίπου 192 µ3. Τα προϊόντα εκσκαφής περνούν µέσα στο θάλαµο της Κεφαλής Κοπής, διαµέσου των ανοιγµάτων της. Με την περιστροφή της Κεφαλής Κοπής, ανυψώνονται τα υλικά εκσκαφής στο άνω τµήµα, από όπου ρίχνονται µέσω της χοάνης στην πρώτη µεταφορική ταινία, µήκους 18,25 µ. και πλάτους 1,20 µ., η οποία βρίσκεται στη στάθµη του άξονα της σήραγγας. Από την πρώτη µεταφορική ταινία, τα προϊόντα εκσκαφής ρίχνονται στη δεύτερη µεταφορική ταινία, µήκους 28 µ, και στη συνέχεια στην τρίτη µεταφορική ταινία, µήκους 38 µ., που βρίσκονται στον συρµό υποστήριξης στο πίσω µέρος του ΤΒΜ. Στη συνέχεια, η τρίτη µεταφορική ταινία αδειάζει τα προϊόντα εκσκαφής σε µεταφορική ταινία µήκους 30µ., που κινείται παλινδροµικά, παράλληλα προς τον άξονα της σήραγγας και γεµίζει τους άδειους κάδους των βαγονιών του ειδικού συρµού µεταφοράς τους. Οι µεταφορικές ταινίες έχουν µελετηθεί για µεταφορική απόδοση προϊόντων εκσκαφής 950 τόνους/ώρα ή 750 κυβ. µέτρα/ώρα. Σε περίπτωση εµφάνισης ύδατος στο έδαφος, η πρώτη µεταφορική ταινία αποσύρεται και µία θύρα ασφαλείας αποµονώνει το θάλαµο της Κεφαλής Κοπής από την εσωτερική πλευρά της ασπίδας του ΤΒΜ. Μία αντλία έκτακτης ανάγκης 140 kw που βρίσκεται τοποθετηµένη στην Πρόσθια Ασπίδα αποµακρύνει το νερό από το θάλαµο της Κεφαλής Κοπής διαµέσου σωλήνων απορροής υδάτων. Η µέγιστη ικανότητα εξαγωγής νερού είναι 82 κυβ. µέτρα/λεπτό και 60µ. πίεση ύδατος. Η εισροή των υπογείων υδάτων που αντιµετωπίστηκε κατά τη διάρκεια της εκσκαφής ήταν 120 λίτρα/λεπτό.
Είκοσι οκτώ (28) υδραυλικοί γρύλοι ωθήσεως του ΤΒΜ, διαµέτρου 320 χιλ., µε κάθε γρύλο να λειτουργεί µε πίεση 260 bar ωθούν προς τα εµπρός το ΤΒΜ, πιέζοντας τα προκατασκευασµένα στοιχεία του δακτυλίου µε δύναµη 5.600 τόνων. Οι γρύλοι ωθήσεως χωρίζονται σε 14 ξεχωριστά τµήµατα (ένα πέδιλο ανά δύο έµβολα), γεγονός που καθιστά δυνατή την ώθηση του ΤΒΜ µε διαφορετική πίεση σε κάθε ένα από τα τµήµατα. Η προκαλούµενη δύναµη στο µέτωπο είναι µέχρι 3.000 τόνοι ή 42 τόνους/τµ. Η µέγιστη διαδροµή επέκτασης των γρύλων ώθησης είναι 2.300 χιλ., παρέχοντας επαρκή χώρο για την ανόρθωση των προκατασκευασµένων στοιχείων δακτυλίου εντός της Οπίσθιας Ασπίδας του ΤΒΜ.Η Πρόσθια Ασπίδα του ΤΒΜ διαθέτει 6 ακτινωτούς υδραυλικούς γρύλους (πρόσθιοι σιαγόνες) κωνικού σχήµατος, διαµέτρου 250 χιλ. (350 bar) µε διαδροµή επέκτασης 150 χιλ.. Η επέκταση των πρόσθιων σιαγόνων γίνεται ώστε να αποφευχθεί η περιστροφή του ΤΒΜ γύρω από τον άξονα της σήραγγας κατά την εκσκαφή διαµέσου σκληρού πετρώµατος. Το σχήµα των πρόσθιων σιαγόνων είναι κωνικό στην πρόσθια πλευρά, ώστε να αποφεύγονται ζηµίες στο χάλυβα των σιαγόνων κατά την εκσκαφή. Στο άκρο της Οπίσθιας Ασπίδας βρίσκεται τοποθετηµένο το διάφραγµα µόνωσης, µήκους 270 χιλ., το οποίο παρέχει τη στεγάνωση µεταξύ του εδάφους εκσκαφής και της Οπίσθιας Ασπίδας. Για την επιθεώρηση του διαφράγµατος µόνωσης, απαιτείται η προέκταση των πρόσθιων σιαγόνων και η απόσυρση της Οπίσθιας Ασπίδας. Η τοποθέτηση των προκατασκευασµένων στοιχείων δακτυλίου γίνεται µετά την εκσκαφή 1,50 µ. από το ΤΒΜ, στην ουρά της Οπίσθιας Ασπίδας. Η διάµετρος της εξωτερικής επιφάνειας του δακτυλίου της σήραγγας είναι 9,180 µ. και η διάµετρος της εσωτερικής επιφάνειας είναι 8,480 µ.. Υπάρχουν δύο τύποι κωνικού δακτυλίου, που επιτρέπουν τη στροφή της σήραγγας προς τα αριστερά, δεξιά, επάνω και κάτω. Κάθε τύπος δακτυλίου (βάρους 40,60 τόνων) αποτελείται από 8 τεµάχια προκατασκευασµένων στοιχείων, δηλ. 5 κανονικά στοιχεία, 2 στοιχεία µε υποδοχή για την κλείδα και µία κλείδα. Η τοποθέτησή τους γίνεται µε τη χρήση ειδικού βραχίονα ανέγερσης (erector) και µε τη βοήθεια του κενού αέρος. Τα προκατασκευασµένα στοιχεία βιδώνονται µεταξύ τους και µε τον προηγούµενο δακτύλιο µε χαλύβδινους κοχλίες υψηλής αντοχής. 87 Ο κενός χώρος µεταξύ της υπερεκσκαφής και της εξωτερικής επιφάνειας του δακτυλίου της σήραγγας (~200 εκ.) συµπληρώνεται µε πρωτογενές υδαρές τσιµεντοκονίαµα. Η πλήρωση του κενού χώρου γίνεται κατά τη διάρκεια της εκσκαφής, διαµέσου αυλακώσεων που είναι
τοποθετηµένοι στην Οπίσθια Ασπίδα. Το ένεµα διοχετεύεται στο δακτυλιοειδές διάστηµα µε δύο εµβολοφόρες αντλίες, µε πίεση λειτουργίας 2 bar, οι οποίες βρίσκονται στο βαγόνι υποστήριξης Νο1. Η Ασπίδα του ΤΒΜ και τα βαγόνια υποστήριξης συνδέονται µε συνδετήρια δοκό. Το σύστηµα υποστήριξης του ΤΒΜ αποτελείται από 8 βαγόνια µήκους 11 µ. και βάρους 55-100 τόνων, τα οποία περιλαµβάνουν µια σιδηροτροχιά για τη στάθµευση του συρµού µεταφοράς των προϊόντων εκσκαφής. Η υποστήριξη περιλαµβάνει επίσης το βοηθητικό εξοπλισµό και εγκαταστάσεις για τη λειτουργία του ΤΒΜ (καλώδιο υψηλής τάσης 20 kv, µετασχηµατιστές, δεξαµενές καθίζησης υδάτων, ηλεκτρολογείο, µηχανουργείο, σύστηµα ψύξης, σύστηµα αερισµού κτλ). Η σιδηροτροχιά επιτρέπει στα βαγόνια των συρµών να κινούνται εντός της υποστήριξης, για την παροχή υλικών (8 προκατασκευασµένα στοιχεία δακτυλίου, τσιµεντοκονίαµα πλήρωσης, προκατασκευασµένο στοιχείο πυθµένα σήραγγας, ράγες, αναλώσιµα κτλ.) και την αποµάκρυνση των προϊόντων εκσκαφής. Οι συρµοί τροφοδοσίας έχουν πρόσβαση στο ΤΒΜ από τη διπλή γραµµή της σήραγγας προς τη µονή σιδηροτροχιά των βαγονιών διαµέσου ενός κλειδιού τύπου «California», που σύρεται από το τελευταίο βαγόνι υποστήριξης του ΤΒΜ. Το κέντρο ελέγχου του ΤΒΜ βρίσκεται στο βαγόνι υποστήριξης Νο1 και σε απόσταση 25 µ. περίπου πίσω από το µέτωπο εκσκαφής. Ο χειριστής ελέγχει την Πρόσθια και Οπίσθια Ασπίδα του ΤΒΜ, ώστε να παραµένει ο άξονας εκσκαφής παράλληλος µε τον άξονα της σήραγγας µελέτης. Το ΤΒΜ διευθύνεται από σύστηµα σκόπευσης µε laser (CAP / ZED). Το σύστηµα ZED χρησιµοποιεί laser που υποδεικνύει τις συντεταγµένες από την οριζόντια και κατακόρυφη απόσταση της θέσης του πρόσθιου σηµείου της Κεφαλής Κοπής του ΤΒΜ και τις µεταδίδει στο σύστηµα CAP. Το σύστηµα CAP «διαβάζει» τις τιµές αυτές και ο χειριστής προσπαθεί να τηρήσει τις ανωτέρω
τιµές, ενεργοποιώντας τις πιέσεις και τους ρυθµούς ροής των προωθητικών γρύλων, την ταχύτητα περιστροφής και τη ροπή στρέψης της Κεφαλής Κοπής. Σε περίπτωση σηµαντικής παρέκκλισης που επισηµαίνεται από το σύστηµα ZED, προσδιορίζεται διορθωτική καµπύλη, ο σκοπός της οποίας είναι να φέρει το ΤΒΜ, διαδοχικά, στη θεωρητική πορεία. ΕΡΒ (Earth Pressure Balance TBM) Το EPB που χρησιµοποιήθηκε στην επέκταση της Γραµµής 3 προς ουκ. Πλακεντίας σχεδιάστηκε και κατασκευάσθηκε από τη Γερµανική εταιρία HERRENKNECHT A.G., ώστε να λειτουργεί σε ετερογενή εδάφη. Χρησιµοποιήθηκε για την κατασκευή της σήραγγας από τον Στ. Χαλάνδρι έως το φρέαρ Ξάνθου (3.374 µ.) της επέκτασης της Γραµµής 3, και σήµερα χρησιµοποιείται στην επέκταση της Γραµµής 2 προς Ελληνικό. Τα βασικά χαρακτηριστικά αυτής της σήραγγας είναι: Μήκος σήραγγας 3.374 µ. Ελάχιστη ακτίνα ευθυγράµµισης Ελάχιστη ακτίνα εκσκαφής της σήραγγας (καµπύλη διόρθωσης) 300 µ. οριζόντια, 2.500 µ. κατακόρυφα 250 µ. Μέγιστο όριο κλίσης ±4% Εξωτερική διάµετρος εκσκαφής Εσωτερική διάµετρος επένδυσης 9.490 χιλιοστά 8.480 χιλιοστά Υπερκείµενο από την ασπίδα 9 µ. 17 µ. 89
Η αρχή λειτουργίας της µηχανής µε ασπίδα EPB, σε ασταθείς εδαφικές καταστάσεις, είναι η ελαχιστοποίηση των επιφανειακών καθιζήσεων, µέσω του ελέγχου της φυσικής εδαφικής πίεσης (υποστήριξη εξισορρόπησης της εδαφικής πίεσης) στο µέτωπο της σήραγγας. Η πίεση εξισορρόπησης του εδάφους πρέπει να είναι ισοδύναµη ή ελάχιστα υψηλότερη από την επικρατούσα πίεση του περιβάλλοντος εδάφους για να αντιστέκεται στις µετακινήσεις και τη δυναµική εισροή νερού. Η φυσική πίεση του εδάφους ποικίλει από 1 έως 4 bar και εξαρτάται από τα υπερκείµενα. Η εξισορρόπηση του µετώπου καθώς το EPB προωθείται επιτυγχάνεται κρατώντας τον θάλαµο της κοπτικής κεφαλής µπροστά από το κλειστό διάφραγµα και τον ατέρµονα κοχλία µεταφοράς προϊόντων εκσκαφής γεµάτο από υλικό εκσκαφής. Το εξορυγµένο υλικό αποσπάται µε ελεγχόµενο τρόπο µέσω ενός µεταφορικού ατέρµονα κοχλία, µαζί µε τους ρυθµιστικούς παράγοντες, από το θάλαµο της κοπτικής κεφαλής. Η κεφαλή κοπής του EPB είναι εξοπλισµένη µε σταθερούς κοπτικούς δίσκους, σιαγόνες σύνθλιψης και ρυθµιζόµενους έκκεντρους µονταρισµένους κοπτικούς δίσκους, οι οποίοι επιτρέπουν υπερεκσκαφή µέχρι και 30 χιλιοστά περιµετρικά της κεφαλής κοπής. Η ασπίδα EPB είναι ικανή να λειτουργήσει σε «open mode», όπου ο ατέρµων κοχλίας και ο θάλαµος της κεφαλής κοπής δεν λειτουργεί υπό πίεση και σε «close mode», όπου ο ατέρµων κοχλίας και ο θάλαµος της κεφαλής κοπής λειτουργεί υπό πίεση. Το EPB χωρίζετα σε δύο κύρια τµήµατα: την κεφαλή ολοµέτωπης κοπής µε ασπίδα το σύστηµα υποστήριξης (back up) Η κεφαλή κοπής και το σύστηµα υποστήριξης του EPB χωρίζονται σε τοµείς για την εύκολη µεταφορά και συναρµολόγησή τους στο εκάστοτε εργοτάξιο. Η πίεση λειτουργίας είναι 3 bar και η εξωτερική διάµετρος της µπροστινής ασπίδας είναι 9,44 µ. Το συνολικό µήκος του EPB είναι 94 µ., ενώ το βάρος του ανέρχεται στους 1.100 τόνους. Η ασπίδα του EPB σχεδιάστηκε µε τρόπο ώστε να αντέχει όλα τα φορτία και