Μετρό Θεσσαλονίκης-Πρόβλεψη εδαφικών μετατοπίσεων

Abstract

Η παρούσα διπλωματική εργασία αναφέρεται στη διάνοιξη του Μετρό της Θεσσαλονίκης από την περιοχή του Σταθμού Σιντριβάνι έως το Σταθμό Πανεπιστήμιο. Κύριος σκοπός είναι η διερεύνηση της ευαισθησίας που παρουσιάζεται στις τιμές των καθιζήσεων και των οριζοντίων μετατοπίσεων κατά τη διάνοιξη της δίδυμης σήραγγας του Μετρό λόγω μεταβολής της ανηγμένης απώλειας όγκου (λόγος Vs/V) και του μέτρου ελαστικότητας Ε στις εδαφικές στρώσεις της υπό μελέτη περιοχής. Για τη σωστότερη διάρθρωση της εργασίας αλλά και για τη διευκόλυνση των αναγνωστών, αρχικά γίνεται μία εισαγωγή για το Μετρό της Θεσσαλονίκης. Περιγράφεται η πρόοδος του έργου έως τώρα καθώς επίσης αιτιολογείται η καταλληλότητα της επιλογής του μηχανήματος διάνοιξης (ΕΡΒ) των δύο σηράγγων. Στη συνέχεια περιγράφονται οι γεωλογικές συνθήκες που συναντήθηκαν στην υπό μελέτη περιοχή. Από τις κατά καιρούς γεωτεχνικές έρευνες που περιέλαβαν γεωτρήσεις, επι τόπου και εργαστηριακές δοκιμές προέκυψαν τα απαραίτητα στοιχεία και πληροφορίες για τη σύνταξη των γεωτεχνικών μελετών. Η σωστή επιλογή των γεωτεχνικών παραμέτρων του εδάφους είναι θεμελιώδους σημασίας για το μελετητή μηχανικό καθώς η υιοθέτηση των τιμών που προβλέπονται από τις μελέτες αποτελούν συνήθως προσέγγιση της πραγματικής συμπεριφοράς. Η αβεβαιότητα της κατάλληλης επιλογής των τιμών των παραμέτρων από το μελετητή μηχανικό και η κρισιμότητά τους για την πρόβλεψη των προκαλούμενων μετατοπίσεων (κατακόρυφων και οριζοντίων), οδήγησε στην πραγματοποίηση αναλύσεων ευαισθησίας. Οι αναλύσεις αυτές βασίστηκαν στην αλλαγή γεωτεχνικών παραμέτρων και συγκεκριμένα στη μεταβολή της ανηγμένης απώλειας όγκου (λόγος Vs/V) και του μέτρου ελαστικότητας Ε. Οι αναλύσεις ευαισθησίας πραγματοποιήθηκαν με τη βοήθεια του προγράμματος πεπερασμένων στοιχείων Plaxis V8. Η επιλογή των δεδομένων σχετικά με τη διάρθρωση – σειρά αλλά και τις γεωτεχνικές παραμέτρους των εδαφικών στρώσεων ελήφθησαν από τις μελέτες του Μετρό. Επίσης τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά της σήραγγας όπως και των τεσσάρων κτιρίων αποτελούν πραγματικά δεδομένα και αφορούν την περιοχή γύρω από το Σταθμό Πανεπιστήμιο. Οι αναλύσεις έλαβαν χώρα, όπως αναφέρθηκε και προηγουμένως, για να διερευνηθεί η ευαισθησία που παρουσιάζεται στις τιμές των καθιζήσεων και των οριζοντίων μετατοπίσεων κατά τη διάνοιξη της δίδυμης σήραγγας του Μετρό λόγω μεταβολής της ανηγμένης απώλειας όγκου και του μέτρου ελαστικότητας Ε Οι τιμές του λόγου Vs/V στο Μετρό Θεσσαλονίκης κυμαίνονται στα χαμηλά όρια περίπου στο 0,4% ενώ οι μέγιστες στο 1% έως και 1,2%. Για τα εύρη των μεγίστων τιμών του λόγου Vs/V (0,8% και 1,2%) πραγματοποιήθηκαν αναλύσεις σε τέσσερα κτίρια. Η τιμή του Μέτρου ελαστικότητας θεωρήθηκε μειωμένη κατά 33% ή αυξημένη κατά 50% μόνο στις δύο τελευταίες περιπτώσεις των αναλύσεων (Κτίρια 3 και 4). Τα αποτελέσματα των αναλύσεων αυτών με το πρόγραμμα πεπερασμένων στοιχείων έδειξε ότι υπήρξαν μεταβολές στις τιμές των μετατοπίσεων και της γωνιακής στροφής των κτιρίων αλλά πολύ μικρές της τάξεως των 1/1685 έως 1/15360. Συμπερασματικά, η αλλαγή των γεωτεχνικών παραμέτρων του εδάφους, όπως της ανηγμένης απώλειας όγκου και του μέτρου ελαστικότητας Ε, συνέβαλε στη μεταβολή των τιμών των μετατοπίσεων. Όμως ήταν τόσο μικρές που δεν θεωρούνται ικανές να προκαλέσουν προβλήματα στο φέροντα οργανισμό των κτιρίων.

Abstract This thesis refers to the construction of the Thessaloniki Metro from the Sintrivani Station to the Panepistimio Station. The main purpose is to investigate the sensitivity of the predicted settlements as well as the horizontal displacements, induced by the excavation of the twin tunnels, due to changes in volume loss ratio, Vs/V and in the modulus of elasticity, E, of the soil layers. For a proper structuring of this thesis and to facilitate the readers, an introduction to the Thessaloniki Metro is provided. Firstly, the project's progress so far is described as well as a justification of the selection of the type of the boring machine (EPB) is presented. Afterwards a description of the geological conditions that prevail the site under consideration is presented. Along the alignment of the project investigatory bores had been constructed during the 90s. Complementary bores were undertaken in 2007 as it was necessary. Following these site investigations further laboratory and field tests took place as well as the preparation of geological, geotechnical studies, where soil materials were classified in clays, silts, sands –gravels, and values were attributed to parameters of mechanical behaviour of the soil. Proper selection of the geotechnical parameters of the soil is of great importance for the engineer because the use of the values proposed by the geotechnical study is usually approximation of the physical behaviour. In some cases even very small deviations lead to incorrect conclusions sometimes improving the conditions expected to be met, and sometimes deteriorating them. The uncertainty in accurately determining the values of the geotechnical parameters and their significance for predicting the induced settlements led to the sensitivity analysis. These analyses were based on changes of the geotechnical parameters, namely the volume loss ratio Vs/V and the modulus of elasticity, E. The sensitivity analysis was conducted using the finite element program Plaxis V8. The data used in reference with the structure of this thesis as well as the values of the geotechnical parameters of the several soil layers were taken from the metro studies. Also the geometry of the tunnel as well as the characteristics of the four buildings under consideration constitute real data and refer to the area around the Panepistimio Station. The scope of the analysis was, as mentioned earlier, to investigate the sensitivity of the values of subsidence and horizontal displacements during the excavation of the twin metro tunnels, when parameters such as the volume loss ratio, Vs/V and the modulus of elasticity, E, of the soil layers are changed. The volume loss ratio varies at the low bounds up to 0,4 % while at the higher bounds between 1 % and 1.2 %. For a range of the value of the volume loss ratio (0,8% και 1,2%) analyses were conducted for four different buildings. Furthermore the modulus of elasticity was initially reduced by 33 % and then increased by 50 % only for the last two cases (Buildings 3 and 4). As far as it concerns the results of the analysis obtained from the finite element program, there were changes in the values of the displacements and the angular shift of buildings though very small in the order of 1 - 2 mm. It is important to mention that a proportionality has been found between the displacements and volume loss ratio. More specifically, increasing the volume loss ratio led to an increase of the displacements and inversely decreasing the volume loss ratio led to a decrease of the values of displacements. As far as it concerns the modulus of elasticity its increase led to reduction of the displacement values while its reduction to increase of the displacement values. In conclusion, the change of geotechnical soil parameters, such as the volume loss ratio and elastic modulus E, contributed to changes of the displacement values. However these changes were almost imperceptible and they are not likely to cause damage in the bearing structure of buildings.