Αριθμητική διερεύνηση της επιρροής της ενεμάτωσης στη μηχανοποιημένη εκσκαφή σηράγγων

Χόρτης, Γεώργιος; Chortis, Georgios

dc.contributor.author	Χόρτης, Γεώργιος	el
dc.contributor.author	Chortis, Georgios	en
dc.date.accessioned	2016-06-17T08:43:46Z
dc.date.available	2016-06-17T08:43:46Z
dc.date.issued	2016-06-17
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/42741
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.12094
dc.rights	Default License
dc.subject	Σήραγγες	el
dc.subject	Ένεμα	el
dc.subject	Καθιζήσεις	el
dc.subject	Μηχάνημα εκσκαφής	el
dc.subject	Πιέσεις πόρων	el
dc.subject	Tunnelling	en
dc.subject	EPB	en
dc.subject	Grout	en
dc.subject	Settlements	en
dc.subject	Pore pressures	en
dc.title	Αριθμητική διερεύνηση της επιρροής της ενεμάτωσης στη μηχανοποιημένη εκσκαφή σηράγγων	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Γεωτεχνική μηχανική	el
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/cb16f7de16f322f2114874eda44f02fe72165c84
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2016-03-17
heal.abstract	Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται τη μελέτη της επιρροής της τεχνολογίας του ενέματος στην ανάπτυξη των καθιζήσεων κατά τη διάνοιξη αβαθούς σήραγγας με τη χρήση μηχανήματος EPB σε πλήρως κορεσμένο αργιλικό έδαφος. Συγκεκριμένα, εκτελούνται παραμετρικές αναλύσεις, στόχος των οποίων είναι η διερεύνηση της επίδρασης που έχει η αρχική πίεση εισαγωγής του ενέματος καθώς και ο χρόνος σκλήρυνσής του σε συνδυασμό με την εδαφική αντοχή στην εξέλιξη και τις τελικές τιμές των καθιζήσεων. Η προαναφερθείσα διερεύνηση συντελέστηκε μέσω τριάντα τριδιάστατων συζευγμένων αριθμητικών αναλύσεων με το λογισμικό πεπερασμένων στοιχείων Abaqus. Στο προσομοίωμα περιλαμβάνονται σημαντικές λεπτομέρειες που επηρεάζουν τη διάνοιξη, όπως η κωνικότητα της ασπίδας, η υπερεκσκαφή που εκτελεί το EPB και το τραπεζοειδές φορτίο υποστήριξης του μετώπου. Για το έδαφος, χρησιμοποιήθηκε το κριτήριο αστοχίας Mohr-Coulomb. Παράλληλα, τα προκατασκευασμένα στοιχεία οπλισμένου σκυροδέματος τοποθετούνται στην ουρά της ασπίδας μετά από κάθε νέο βήμα εκσκαφής. Η εισαγωγή του ενέματος στο κενό επένδυσης και εδάφους γίνεται με εσωτερική πίεση στα στοιχεία που το απαρτίζουν, ώστε να προσεγγίσουν καλύτερα την αρχική του συμπεριφορά ως ρευστό. Η σκλήρυνση του ενέματος επιτελείται συναρτήσει του χρόνου, ακολουθώντας την προτεινόμενη καμπύλη σκλήρυνσης των Kasper & Meschke, 2004. Έτσι, η συμπεριφορά του ενέματος και η εξέλιξή της εξαρτάται μόνο από τις αρχικές συνθήκες του προβλήματος και την αλληλεπίδρασή του με το έδαφος. Τα πιο σημαντικά συμπεράσματα στα οποία αξίζει να αναφερθούμε επιγραμματικά αφορούν στις καθιζήσεις και τις πιέσεις πόρων. Αρχικά, η πίεση εισαγωγής του ενέματος είναι καθοριστικός παράγοντας της ανάπτυξης και της εξέλιξης των καθιζήσεων, καθώς όσο πιο μικρή είναι η τιμή της πίεσης εισαγωγής, τόσο πιο εκτεταμένες καθιζήσεις αναπτύσσονται. Ο χρόνος σκλήρυνσης της καμπύλης του ενέματος έχει επίσης μεγάλη σημασία για την εξέλιξη των καθιζήσεων. Συγκεκριμένα, όταν το ένεμα σκληραίνει με αργό ρυθμό παρατηρούνται διαφορετικοί μηχανισμοί εκδήλωσης των μετακινήσεων αναλόγως με την αρχική πίεση εισαγωγής. Γενικά σε ακραία σενάρια εισπίεσης, είτε πολύ χαμηλής είτε πολύ υψηλής πίεσης, η αργή σκλήρυνση οδηγεί σε δυσμενή αποτελέσματα, είτε πρόκειται για εκτεταμένες καθιζήσεις είτε για επιφανειακές ανυψώσεις που οξύνουν τις διαφορικές καθιζήσεις για τις υφιστάμενες κατασκευές, σε αντίθεση με την ταχεία σκλήρυνση που ανεξάρτητα με την πίεση εισαγωγής διατηρεί τις καθιζήσεις σε ανεκτά όρια. Τέλος, οι πιέσεις πόρων επηρεάζονται σε μεγάλο βαθμό τόσο από την πίεση εισαγωγής του ενέματος, όσο και από την καμπύλη σκλήρυνσης που χαρακτηρίζει τη συμπεριφορά του. Συγκεκριμένα, όσο πιο μεγάλη είναι η πίεση εισαγωγής του ενέματος, τόσο περισσότερο αυξάνονται οι πιέσεις πόρων αμέσως μετά την εισαγωγή του. Παράλληλα, ο χρόνος σκλήρυνσης παίζει σημαντικό ρόλο, καθώς όσο αυξάνεται αυτός ο χρόνος, δηλαδή όσο περισσότερο το ένεμα βρίσκεται σε ρευστή ή ημι-ρευστή κατάσταση, παρατηρούνται μεγαλύτερες αυξήσεις των πιέσεων πόρων. Αντίθετα, στις καμπύλες ταχείας σκλήρυνσης, η επίδραση του ενέματος είναι μικρότερη στις μεταβολές των πιέσεων πόρων. Πρέπει να σημειωθεί ότι υπάρχει άμεση συσχέτιση των υπερπιέσεων και των καθιζήσεων, αφού η εξέλιξη των πιέσεων πόρων κατά τη διάρκεια της διάνοιξης επηρεάζει το φαινόμενο της στερεοποίησης, που είναι ο καθοριστικός παράγοντας ανάπτυξης των καθιζήσεων μετά την εισαγωγή του ενέματος. Γι’ αυτό το λόγο παρατηρείται ότι η μεταβολή και συγκεκριμένα η παράταση του χρόνου σκλήρυνσης του ενέματος έχει ως αποτέλεσμα την καθυστέρηση της στερεοποίησης και έτσι οι τελικές καθιζήσεις συντελούνται σε μεταγενέστερο χρόνο.	el
heal.abstract	The present diploma thesis deals with the subject of the influence of grout technology in the development of the surface settlements during the construction of a shallow tunnel by an EPB machine in a saturated clay. To be more specific, a set of parametrical analyses were carried out in order to investigate the effect of the grout injection’s pressure as well as the grout hardening combined with the undrained shear strength parameter in the progress of the surface settlements. The aforementioned investigation was conducted through numerical 3D-coupled analyses in the Finite Element code Abaqus. The model includes important details that affect the tunnel’s excavation, such as the shield’s conicity, the cutterhead’s overcut and the trapezoidal loading that supports the tunnel face. The constitutive law adopted for the soil behavior was the elastic-perfectly plastic Mohr-Coulomb yield criterion. Regarding the lining, the segments are installed at the shield’s tail at the end of every excavation step. The grout injection’s pressure is simulated by internal pressure in the grout elements, in order that the grout act as a fluid in the first hours after its injection. In addition to this, the grout hardens through time by the proposed curve that Kasper & Meschke have introduced in 2004. In this way, the grout behavior will be only affected by the boundary conditions and the interaction of the model’s elements. The most important conclusions that we have reached in the present thesis are about the settlements and the pore pressures. Firstly, the grout injection’s pressure has a crucial importance in the progress of the surface settlements, since the larger the pressure is, the more restricted the settlements are. In addition to this, the process of the grout hardening is very important in the settlements’ progress. To be more specific, when the grout is being hardened in a slow pace, the injection’s pressure determines the failure mechanism. In general, extreme injection’s pressures, either high or low, combined with the slow grout hardening leads to undesirable situations, since both extreme settlements and surface heaving can cause significant damage to the local buildings. In the contrary, if the grout is being hardened in a fast pace, it restrains the settlements in valid limits, without any heaving, no matter how large the initial grout pressure is. Lastly, the pore pressures are affected both by the injection’s pressure and the hardening pace that characterizes its behavior. Specifically, the higher the injection pressure is, the higher the increase is in the pore pressures right after the injection. Regarding the hardening, the slow pace is also an important factor in the progress of the pore pressures, as the more the hardening is delayed (the grout remains much time in a liquid, semi-liquid state), the more the pore pressures increase. In the contrary, the fast pace hardening grout leads to lower increases of the pore pressures, as it affects them significantly less. It is also important to remark that there is a direct correlation between the pore pressures and the settlements’ development, since the progress of the pore pressures affects the soil solidification, that is the crucial factor of the settlements’ development after the grout’s injection. As a result, the delay in the grout hardening leads to an equivalent delay in the final settlements’ development.	en
heal.advisorName	Καββαδάς, Μιχαήλ	el
heal.committeeMemberName	Καββαδάς, Μιχαήλ	el
heal.committeeMemberName	Τσιαμπάος, Γεώργιος	el
heal.committeeMemberName	Γερόλυμος, Νικόλαος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Πολιτικών Μηχανικών. Τομέας Γεωτεχνικής	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	112 σ.
heal.fullTextAvailability	true