Εκτίμηση της τεχνικογεωλογικής συμπεριφοράς βραχομαζών κατά τη διάνοιξη σηράγγων με τη μέθοδο της μηχανοποιημένης όρυξης = Assessment on the engineering geological behavior of rockmasses in mechanized tunneling.

Περίληψη

Η παρούσα διπλωματική εργασία έχει ως αντικείμενο την αξιολόγηση της τεχνικογεωλογικής συμπεριφοράς των βραχομαζών κατά την μηχανοποιημένη όρυξη και συγκεκριμένα τους γεωλογικούς παράγοντες που καθορίζουν την συμπεριφορά των γεωυλικών κατά την μηχανοποιημένη εκσκαφή.. Με βάση την ανάλυση αυτή προέκυψε η  διαδικασία επιλογής του καταλληλότερου μηχανήματος διάνοιξης σηράγγων (ΤΒΜ), ανά τύπο βραχομάζας και αναμενόμενης τεχνικογεωλογικής .συμπεριφοράς. Σημειώνεται ότι η διπλωματική εργασία επικεντρώνεται κυρίως σε αστικές σήραγγες, χωρίς όμως να μην αναλύονται και περιπτώσεις μη αστικών σηράγγων..
Αρχικά, γίνεται μια αναφορά της μηχανικής συμπεριφοράς του βραχώδους υλικού, με τις φυσικές και δυναμικές παραμέτρους του και την παραμορφωσιμότητα και υδροπερατότητά του. Στην συνέχεια, αναλύεται η έννοια της βραχόμαζας, οι αντίστοιχες παράμετροί της, τα συστήματα με τα οποία ταξινομείται (Δείκτης Γεωλογικής αντοχής- Geological Strength Index, Σύστημα ταξινόμησης Bieniawski-Rock Mass Rating, Σύστημα Q, Δείκτης Βραχόμαζας-Rock Mass index) και προσδιορίζεται η ποιότητά της (Rock Quality Designation) και τέλος τα κριτήρια θραύσης που εφαρμόζονται (Mohr-Coulomb, Hoek-Brown, Griffith, Goodman)
Ακολούθως, παρουσιάζονται οι μέθοδοι εκτίμησης της τεχνικογεωλογικής συμπεριφοράς της βραχόμαζας. Συγκεκριμένα, αναλύεται το διάγραμμα εκτίμησης της τεχνικογεωλογικής συμπεριφοράς βραχομαζών συμβατικής διάνοιξης (Tunnel Behaviour Chart), από το οποίο μπορούν να προκύψουν και τα αντίστοιχα μέτρα υποστήριξης και σχεδιασμού των διατομών της σήραγγας,  μία μέθοδος χαρακτηρισμού των γεωυλικών των σηράγγων και τέλος μεθοδολογίες που προσδιορίζουν τους γεωτεχνικούς κινδύνους της μηχανοποιημένης διάνοιξης (Βοήθημα αποφάσεων που αφορούν την μηχανοποιημένη διάνοιξη-Decision Aids for Tunnelling, Δείκτης QTBM, Δείκτης Τρωτότητας-VI index).
Στην συνέχεια, αναλύονται οι τύποι των μηχανημάτων εκσκαφής με βάση την υποστήριξη που ασκούν στο μέτωπο. Διακρίνονται σε ΤΒΜ χωρίς ασπίδα και ΤΒΜ με ασπίδα, στο οποίο ανήκουν οι υποκατηγορίες ενεργητικής και παθητικής υποστήριξης και μικτής ασπίδας. Παρουσιάζονται επίσης οι πιθανοί κίνδυνοι αστοχιών σε μια μηχανοποιημένη διάνοιξη, με τους παράγοντες της αντοχής του πετρώματος, των ασυνεχειών του, το ύψος των υπερκείμενων στρωμάτων της σήραγγας, της υδροπερατότητας των σχηματισμών και της παρουσίας έγκοιλων να καθορίζουν την συμπεριφορά των γεωυλικών κατά την λειτουργία του ΤΒΜ. Με βάση αυτούς τους κινδύνους γίνεται μια αναφορά σε ορισμένα παραδείγματα σηράγγων που κατασκευάστηκαν με μηχανοποιημένη μέθοδο και παρουσίασαν αστοχίες που οφείλονταν σε αυτούς τους παράγοντες.
Στο επόμενο κεφάλαιο αναλύονται δύο επεκτάσεις των γραμμών του μετρό της Αθήνας, η επέκταση «Αγ.Δημήτριος-Ελληνικό» και «Χαϊδάρι-Ευαγγελίστρια». Συγκεκριμένα,  παρουσιάζονται οι γεωλογικές και τεχνικογεωλογικές συνθήκες των γραμμών και κατασκευάζονται πίνακες κατά μήκος των τομών με παραμέτρους τον τύπο αστοχίας, το ύψος των υπερκειμένων και την αντοχή της βραχόμαζας στοχεύοντας στην επιλογή ενός μηχανήματος διάνοιξης με τις μικρότερες πιθανότητες εμφάνισης αστοχιών.
Τέλος, συνθέτοντας τα δεδομένα των επεκτάσεων της Αθήνας και αυτά των παραδειγμάτων μηχανοποιημένων ορύξεων από βιβλιογραφικές πηγές, προέκυψε ένα ευρύτερο διάγραμμα συμπεριφοράς των σηράγγων που αφορά ωστόσο την μηχανοποιημένη διάνοιξη.

The present thesis focuses on the assessment of the engineering geological behavior of rockmasses in mechanized tunneling and concludes to the process of selecting the most suitable Tunnel Boring Machine for every rock-mass and it’s behavior. It is worth to mention that it specifies mostly in examples of urban tunneling, analyzing however and cases of  non-urban tunnels
Initially, the mechanical behaviour of the rock material, its physical and dynamic parameters and deformability and permeability factors are described.
The context of the rock mass,  the systems with which it is classified (Geological Strength Index, Rock Mass Rating system, Q system, Rock Mass index), its quality determination (Rock Quality Designation system), the application of fracture criteria (Mohr-Coulomb, Hoek-Brown, Griffith, Goodman) and the methods of estimating the engineering geological behavior of the rock mass are presented next. In particular, the Tunnel Behaviour Chart system is analyzed, with which the corresponding tunnel support and the tunnel design measures can be derived. Finally, the methodologies that identify the geotechnical risks of mechanized drilling are numerated (Decision Aids for Tunnelling system, QTBM, VI index).
Subsequently, the types of excavation machines are analyzed, based on the support they exert on the face of the tunnel. They are distinguished by TBMs with or without shield. Shielded TBMs include the categories of active face support, passive face support and mixed type. The potential risks of failures in mechanized tunneling are also presented.  The factors of rock strength, discontinuities, cover of overlying layers, water permeability and presence of voids, define the behavior of the geological materials during the mechanized excavation. Based on these factors, examples of mechanized tunnels encountering failures, are presented.
The next chapter specifies in two extensions of metropolitan subway of Athens, the "Aghios Dimitrios-Elliniko" and "Haidari-Evangelistria. The geological and engineering-geological sections and tables with parameters of failure types, depths of the excavation and strength of rockmasses of each extension are presented, having as a purpose the selection of the most appropriate TBM machine with the minimum failure percentage.
In conclusion, following Athens extensions data, a tunnel behavior chart is created, concerning the excavation by tunnel boring machines