Διάνοιξη Σήραγγας σε Περιβάλλον Ασθενούς Βραχόμαζας με Ισχυρό Υπερκείμενο Στρώμα

Abstract

Η διεθνής εμπειρία, ως προς την κατασκευή σηράγγων, καταδεικνύει πως η διάνοιξή τους σπανίως πραγματοποιείται σε ρεαλιστικά ομοιογενές γεωυλικό, καθώς συνηθέστερα το γεωλογικό μέσο συνίσταται σε ετερογενείς λιθολογικά σχηματισμούς, με εναλλαγές διάφορων πετρωμάτων. Σε περιπτώσεις κατά τις οποίες μία βαθιά σήραγγα ορύσσεται εντός βραχόμαζας με πτωχά γεωτεχνικά χαρακτηριστικά, η οποία όμως γειτνιάζει με κάποιο ισχυρό στρώμα, η πρόβλεψη των παραμορφώσεων και των εντατικών μεγεθών κατά τη μελέτη, στην οποία το εν λόγω στρώμα αγνοείται, αποδεικνύεται σημαντικά συντηρητική, καθώς οι πραγματικές (μετρούμενες) τιμές των προαναφερθέντων μεγεθών προκύπτουν μικρότερες κατά την κατασκευή. Η παρούσα μεταπτυχιακή (διπλωματική) εργασία άπτεται του ζητήματος της διάνοιξης σήραγγας σε ασθενή βραχόμαζα με ισχυρό υπερκείμενο στρώμα, μέσω αριθμητικών (ελαστοπλαστικών και γεωμετρικά μη-γραμμικών) αναλύσεων με τη μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων, ενώ στο πλαίσιο αυτής διερευνάται η επίδραση του υπερκείμενου στρώματος συναρτήσει γεωμετρικών και γεωτεχνικών παραμέτρων, όπως η απόστασή του από τη σήραγγα, το πάχος του και η δυσπαραμορφωσιμότητά του, καθώς και η ανισοτροπία του γεωστατικού εντατικού πεδίου, προκειμένου τελικά να προκύψει μία μέθοδος ποσοτικής εκτίμησης της επίδρασης της παρουσίας του ισχυρού αυτού στρώματος μέσω κανονικοποιημένων διαγραμμάτων, ανηγμένων ως προς την περίπτωση αναφοράς, κατά την οποία αυτό απουσιάζει.

International tunnelling experience indicates that tunnels are rarely driven through homogeneous geomaterial, as in most cases they are excavated in heterogeneous geological formations with alternations of different rock masses and materials. Thus, in cases that the excavated rock mass is weak, with low geotechnical properties, but narrowly overlain by a stiffer layer, it is poor design practice to ignore the latter, as it turns out that the tunnelling induced stresses’ and deformations’ values measured during construction are significantly lower than the ones predicted. The present M.Sc. thesis discusses the subject of tunnelling in weak rock mass with an overlying competent stratum and its impact on the displacements and plastic strains field around the tunnel, so that a realistic quantifying approach of this impact is developed. Therefore, non-linear (elastoplastic and geometrically non-linear) finite element analyses have been carried out, in order that it becomes feasible to quantify both the individual and the combined influence of several geometrical and geotechnical parameters, such as competent stratum’s thickness, distance from tunnel crown and stiffness, as well as the geostatic stress field’s anisotropy. The results are presented in normalized charts, which show the tunnel wall’s convergence in terms of the aforementioned parameters, for a tunnel driven in weak rock mass overlain by a competent layer, with respect to the reference case of the tunnel driven in the homogeneous weak rock mass (in the absence of any layer).